Silindirik termoplastik kompozitlerin elyaf sarma yöntemi ile  
üretimi ve karakterizasyonu
Manufacturing and characterization of cylindrical thermoplastic composites by the method of filament winding
Yazar: BURÇİN ÖZBAY
Danışman: PROF. DR. AHMET ÜNAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Elyaf sarma yöntemi polimer matrisli kompozit üretiminde tercih edilen üretim yöntemlerinden biridir. Silindirik basınçlı kaplar, yer altı depolama ve dağıtım sistemleri gibi özellikle tüp ya da boru şeklindeki parçaların üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemde fiber ve matris arasında iyi arayüzey bağlantısı sağlamasından dolayı termoset matris tercih edilir. Ancak termosetlere göre daha yüksek kırılma tokluğu, esnekliğe sahip olmasının yanında kısa zamanda ve kolay işlenebilirlik gibi birtakım üstünlüklerinden dolayı son yıllarda termoplastik kompozitlerin kullanımında bir artış görülmektedir. Bu avantajlarına rağmen termoplastiklerin yüksek eriyik viskoziteleri, matrisin fiber demetlerini yeterli oranda ıslatamamasına yol açması ve fiber-matris arayüzey bağlantısı zayıf olması, bu malzemenin kullanımını zorlaştırmaktadır. Termoplastik matrisin fiberi ile takviye fiberin karışımından oluşan melez iplikler ise bu sorunu çözmek için geliştirilmiş kompozit malzemelerdir. Yine de bu malzemenin özellikle elyaf sarma yöntemindeki kullanımın henüz yaygın olmadığını eklemek gerekir.
Elinizdeki çalışmada Polietilen/E-camı ve Polipropilen/E-camı melez ipliklerin üretim aşamaları ayrıntılı biçimde aktarılmıştır. Öncelikli olarak farklı katman, sıcaklık ve sürelerde plaka numuneleri üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu numunelerde çekme, eğme, darbe, kalsinasyon testleri ve SEM incelemeleri yapılarak üretim parametreleri optimize edilmiştir. İkinci olarak ise elyaf sarma yöntemiyle silindirik şekilli parçalar üretilmiş ve bu parçalara halka rijitliği testleri uygulanmıştır.
Plaka numunelerinden alınan sonuçlara göre optimum üretim koşullarının Polietilen/E-camı malzeme için 200 °C' de 5 dakika presleme süresi ve Polipropilen/E-camı malzeme için ise 220 °C'de 5 dakika presleme süresi olduğuna karar verilmiştir. Bu sonuçlara göre üretimi yapılan silindirik numunelerin EN 12666-1, EN 1852-1, EN 13476-2 ve EN 13476-3 standartlarına uygun değerlere ulaştığı saptanmıştır.

Abstract:
Filament winding method is one of the preferred method in manufacturing polymer matrix composite. It is especially used in production of tube or pipe shaped parts like cylindrical pressured vessels, underground storage and distribution systems.Thermoset matrix is preferred, in this method due to obtaining a good interface bonding between fiber and matrix.  
However, in recent years usage of thermoplastic composites have increased because of their superiorities over thermosets like higher fracture toughness, flexibility, shorter and easier processing cycles. On the other hand, the high melt viscosity of the thermoplastics leads inadequate wetting of fiber bundles by matrix and poor fiber-matrix interface bonding. In order to solve this problem, hybrid yarns, which consist of a mixture of reinforcement fiber and thermoplastic fiber, have improved. However, usage of these materials have not become widespread yet and have not used widely in filament winding method.
In this study, Polyethylene/E-glass fiber and Polypropylene/E-glass fiber hybrid yarns were used. Firstly, plate samples were produced at various temperatures, times and laminates. Tensile, bending, impact, calcination tests and SEM observations were applied to these samples and the production parameters were optimized. In the second step, cylindrical shaped pieces were produced and ring stiffness test was performed to this pieces.
According to the test results of plate samples, the optimum production conditions were determined as 200°C temperature and 5 minutes producing time for polyethylene/E-glass fiber material and 220°C temperature and 5 minutes producing time for polypropylene/E-glass fiber material. Cylindrical samples, which were produced as stated conditions, meet the requirements of the standards EN 12666-1, EN 1852-1, EN 13476-2 and EN 13476-3.