Karbon nanotüp katkısı ile katmanlı cam, karbon ve aramid elyaf takviyeli hibrit kompozit malzemelerin üretimi ve mekanik performanslarının geliştirilmesi
Production of layered glass, carbon and aramid fiber reinforced hybrid composite materials with carbon nanotube additive and improving mechanical performance
Yazar: ERDEM FERİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAN KABOĞLU
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Tabakalı kompozit levhalar = Laminated composite plates ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Kompozit malzemeler iki veya daha fazla sayıda birbirinden farklı malzemelerin belirli düzenlerde makro ölçekte bir araya getirilmeleri ile elde edilen bir malzeme türüdür. Kompozit malzemelerin alt grubunu oluşturan polimer matrisli kompozitler günümüzde birçok sektörde kullanımı tercih edilen bir kompozit malzeme türüdür. Son yıllarda polimer matrisli kompozit malzemelerin kullanım alanlarının genişlemesi bu malzemeler için giderek artan yüksek bir malzeme performansı ihtiyacı oluşturmuştur. Bu ihtiyaç, kompozit malzemelerde ana takviye malzemelerine ek olarak başka malzemeler ile de kompozit malzemenin takviye edilerek polimer matrisli hibrit kompozit yapısı elde edilmesini sağlamıştır.
Bu yüksek lisans çalışmasında, karbon nanotüp (CNT) katkısının vakum infüzyon yöntemi ile üretilen elyaf takviyeli epoksi reçine matrisli kompozit levha malzemelerinin mekanik özelliklerine üzerindeki olası etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada aynı kumaş örgü yapısı ve benzer alan yoğunluğu değerlerine sahip cam, karbon ve kevlar elyaf kumaşlar kullanılarak cam, karbon ve elyaf kumaş takviyeli polimer matris kompozit plakalar üretilmiştir. Aynı üretim parametreleri kullanılarak, aynı kompozit plakalar toplam kompozit kütle bazında %0,5 CNT ile hibrit kompozit olarak üretilmiştir. Ayrıca CNT'nin farklı elyaf türlerinde performansa etkisinin her elyaf takviyeli yapı için farklı olabileceği düşünüldüğünden cam, karbon ve elyaf kumaşlardan oluşan bir bileşimi içeren hibrit yapılı elyaf kumaş takviyeli kompozit levha malzemesi üretilmiştir. Bu malzeme önceki elyaf takviyeli kompozit levha üretimlerinde olduğu gibi üretim parametreleri aynı tutularak CNT katkısı ile üretilmiştir. Çalışmada, CNT katkısı içeren ve içermeyen kompozit plakalar, cam, elyaf, kevlar ve hibrit yapılı elyaf kumaşları içeren çeşitli takviyeler ile üretilmiştir. Çalışma sonunda CNT takviyesinin elyaf takviyeli polimer matrisli kompozit malzeme üzerindeki mekanik etkisi incelenmiştir. Bu mekanik performans analizi için çekme deneyi, üç nokta eğme deneyi ve düşen ağırlık darbe deneyleri çalışma kapsamında uygulanmıştır.
Gerçekleştirilen mekanik deneyler sonucunda kompozit yapısına katılmış CNT'nin malzeme performanslarına olan katkısı çekme deneyinde cam elyaf takviyeli kompozit yapıda %14, üç nokta eğme deneyinde kevlar elyaf takviyeli kompozit yapıda %15, düşen ağırlık darbe deneyinde ise cam elyaf takviyeli kompozit yapıda %11 ve karbon elyaf takviyeli kompozit yapıda ise %120 kadar olmuştur.

Abstract:
Composite materials are a type of material obtained by combining two or more different materials in certain order in macro scale. Polymer matrix composites, which constitute the subgroup of composite materials, are a type of composite material preferred to be used in many sectors today. The expansion of the usage areas of polymer matrix composite materials in recent years has created an increasing need for high performance for these materials. This need has enabled a hybrid composite structure with polymer matrix to be obtained by reinforcing the composite material with other materials in addition to the main reinforcement materials in composites.
In this graduate study, the possible effect of carbon nanotube (CNT) additive on the mechanical properties of fiber reinforced epoxy resin matrix composite plates produced by vacuum infusion method was investigated. In this study, glass, carbon and fiber fabric reinforced polymer matrix composite plates were produced by using glass, carbon and kevlar fiber fabrics with the same fabric mesh structure and similar area density values. Using the same production parameters, the same composite plates were produced as hybrid composite with 0.5% CNT on the total composite mass basis. In addition, since it is thought that CNT's effect on performance in different fiber types may be different for each fiber-reinforced structure, a hybrid-structured fiber fabric reinforced composite plate containing a combination of glass, carbon and fiber fabrics was produced and same plate was also produced with CNT additive, keeping the production parameters the same as in the previous fiber reinforced composite plate productions. In the study, composite plates with or without CNT additive were produced with various reinforcements including glass, fiber, kevlar and hybrid fiber fabrics. At the end of the study, the mechanical effect of CNT reinforcement on fiber reinforced polymer matrix composite material was investigated. For this mechanical performance analysis, tensile test, three point bending test and low velocity drop weight impact tests were applied within the scope of the study.
As a conclusion of the mechanical tests performed, the contribution of CNT to the material performance of the composite structure was 14% in the tensile test, 15% in the kevlar fiber reinforced composite structure in the three-point bending test, 11% in the glass fiber and 120% in the carbon fiber reinforced composite structures in the low velocity drop weight impact test.