Karbon nanotüp takviyeli cam-karbon elyaf/epoksi hibrit nanokompozitlerin mekanik özellikleri ve düşük hızlı darbe davranışları
Mechanical properties and low velocity impact behaviors of carbon nanotube reinforced glass-carbon fiber/epoxy hybrid nanocomposites
Yazar: OKAN DEMİR
Danışman: PROF. DR. AHMET AVCI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada cam kumaş ve karbon kumaş epoksi kompozitlerle beraber dört farklı tabakalanma sırasına sahip cam kumaş/karbon kumaş hibrit kompozitler vakum destekli el yatırma yöntemi ile üretilmiştir. Ayrıca epoksi matris içerisine ağırlıkça %0.3 oranında fonksiyonelleştirilmiş çok cidarlı karbon nanotüp (f-ÇCKNT) takviye edilerek cam kumaş, karbon kumaş ve hibrit nanokompozitler üretilmiştir. Bu kompozit ve nanokompozitlere çekme ve üç noktadan eğme testi ile ağırlık düşürme yöntemiyle oda sıcaklığında 10 J, 20 J ve 30 J enerji seviyelerinde düşük hızlı darbe testleri uygulanmıştır. Hibritlemenin ve/veya epoksi matrisi f-ÇCKNT ile takviyelendirmenin mekanik özelliklere olan etkileri incelenmiştir. Hibrit kompozitlerde çekme ve eğilme yüklemesi altında ortaya çıkan hibrit etkisi de araştırılmıştır. Optik mikroskop ve SEM görüntüleri alınarak darbede hasar yüzeyleri incelenmiştir. 
Epoksi içerisine f-ÇCKNT takviyelendirilmesiyle epoksinin çekme dayanımı, kopma uzaması ve elastiklik modülünde artış gözlenmiştir. Cam kumaş kompozit, karbon kumaş kompozit ve simetrik olmayan tabakalanma sırasına sahip hibrit kompozitlerde f-ÇCKNT takviyelendirilmesiyle çekme dayanımda artış görülürken simetrik tabakalanma sırasına sahip hibrit kompozitlerinkinde düşüş meydana gelmiştir. Eğilme dayanımı açısından da f-ÇCKNT takviyeli cam kumaş nanokompozit, karbon kumaş nanokompozit ve [C6K6] tabakalanma sırasına sahip simetrik olmayan hibrit nanokompozitte artış meydana gelirken diğer hibrit nanokompozitlerde düşüş görülmüştür. 
Çekme yükü altında hibrit kompozit ve nanokompozitlerde hibrit etkisi ortaya çıkmış, karbon kumaşa göre hibritlerin kopma birim şekil değişimleri artış göstermiştir. Eğilme durumunda ise hibrit kompozit ve nanokompozitlerde hem eğilme dayanımı hem de birim şekil değişimi açısından hibrit etkisi ortaya çıkmıştır. f-ÇCKNT takviyesiyle hibrit etkisinde azalma olduğu görülmüştür.
Düşük hızlı darbede f-ÇCKNT takviyesi hasar alanının azalmasına ve delaminasyon direncinin artmasına yol açarken hibritlemeyle darbe direncinde artış sağlanmıştır.

Abstract:
In this study, glass and carbon fabrics and four kinds of glass/carbon fabric hybrid composites with different stacking sequences were fabricated by vacuum assisted hand lay-up method. Furthermore, glass fabric, carbon fabric and hybrid nanocomposites were also fabricated by reinforcing 0.3% wt. functionalized multiwalled carbon nanotube (f-MWCNT) to epoxy matrix. Tensile and three point bending tests, and drop weight low velocity impact tests at the energy levels of 10 J, 20 J and 30 J at room temperature were conducted to the composites and nanocomposites. The effect of hybridization and/or  
f-MWCNT introduction to epoxy matrix on mechanical properties were investigated. Hybrid effect that occurs in hybrid composites were investigated as well. Impact damage surfaces were inspected via optical microscopy and SEM images. 
By reinforcement of f-MWCNT to the epoxy, increase was observed for failure strength, failure strain and modulus of elasticity. Failure strength of glass fabric composite, carbon fabric composite and composites with nonsymmetrical stacking sequence were also observed to increase by f-MWCNT reinforcement but failure strength of nanocomposites with symmetrical stacking sequence decreased. From the aspect of bending strength, f-MWCNT reinforced glass fabric nanocomposite, carbon fabric nanocomposite and non symmetrical nanocomposite with a stacking sequence of [C6K6] showed increase when the other hybrid nanocomposites showed decrease.
Under tensile load, hybrid effect was occured for hybrid composites and nanocomposites, so the failure strains of hybrids showed increase compared to that of carbon fabric. Under bending conditions hybrid effect occured for both bending strength and strain. It was observed that hybrid effect decreases with f-MWCNT reinforcement.
f-MWCNT reinforcement decreased the damage area and enhanced delamination resistance in low velocity impact. By hybridization impact resistance was enhanced.