Yüksek darbe dayanımlı aramid/cam elyaf hibrit kompozit malzemelerin üretimi ve mekanik performanslarının incelenmesi
Production and investigation of the mechanical performance of high impact resistance aramid/fiberglass hybrid composite materials
Yazar: BÜŞRA ARI
Danışman: PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Kompozit yapılar, darbeye maruz kaldığında, iç yapılarında hasar meydana gelmekte ve bu nedenle, mukavemetlerinde büyük oranda düşüş ortaya çıkmaktadır. Bu sebeple günümüzde hem darbe yüklerine karşı dirençli hem de mukavemet açısında daha yüksek olan hibrit kompozit malzemeler tercih edilmeye başlanmıştır. Hibrit kompozit malzemeler yapılarında en az iki farklı fiber (elyaf) takviyesinin aynı matris içinde bulunduran yapılardır. Bu kompozitlerde, malzemenin darbe davranışını önemli ölçüde etkileyen istifleme dizilimi, kalınlık, hibrit kompozitlerin geometrisi, elyaf ve katkı seçimi gibi çok sayıda tasarım parametresi vardır. Günümüzde yeni nesil malzemelerin üretiminde nano parçacıklar içeren hibrit kompozitler daha çok tercih edilmektedir. Düşük ağırlık ve yüksek mukavemet gibi avantajları nedeniyle, hibrit nano kompozit malzemelerin yeni üretim yöntemleriyle ilgilenilmesi araştırmacıları cezbetmektedir. Bu çalışmada, farklı ağırlık oranlarda (%0, %0,20 ve %0,25) nano grafen tozu epoksi reçine içerisine ilave edilerek vakum infüzyon yöntemi ile aramid/cam elyaf takviyeli tabakalı hibrit kompozit plakalar üretilmiştir. Literatür araştırmaları göz önünde bulundurularak epoksi reçine içerisine homojen karışımı sağlamak adına grafen katkı malzemesi ilave edildikten sonra sırasıyla manyetik, ultrasonik ve mekanik karıştırıcı ile karışımı desteklenmiştir. Farklı oranlarda nano grafen tozu katkısının, vakum infüzyon yöntemi ile üretilen malzemelerin CNC tezgahında standart ölçü boyutlarında kesilmesi ile hazırlanan kompozit test numunelerinin mekanik özelikleri (çekme, üç nokta eğme ve darbe deneyi) üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Benzer alan yoğunluğu ve aynı tip kumaş örgü yapısına sahip olan tabakalı aramid ve cam elyaf epoksi kompozitlere nano grafen tozunun eklenmesinin, malzemenin dayanımını artırmada etkili olduğu gözlenmiştir. En ideal değerlerde kullanılan nano grafen tozu katkısız cam ve aramid elyaf hibrit kompozit malzemeye göre, darbe dayanımında yaklaşık %19,1, çekmede %6,4 ve eğmede %20,4 artış göstermesi ile sonuçlanmıştır. Anahtar kelimeler: Grafen, aramid elyaf, cam elyaf, vakum infüzyon, hibrit kompozit.

Abstract:
Composite structures experience damage within their internal components when subjected to impact, resulting in a significant reduction in their strength. Consequently, hybrid composite materials, which offer resistance against impact loads while maintaining higher strength properties, have gained preference in contemporary applications. Hybrid composite materials contain at least two different types of fiber reinforcement within the same matrix. Design parameters influencing the impact behavior of these composites encompass stacking sequence, thickness, geometry of hybrid composites, fiber and additive selection. Currently, hybrid composites containing nano-particles are being favored for the production of next-generation materials. Researchers are drawn to exploring hybrid nano-composite materials due to their advantages such as low weight and high strength. In this study, aramid/glass fiber-reinforced layered hybrid composite plates were produced using the vacuum infusion method, incorporating nano graphene powder into epoxy resin at different weight ratios (%0, %0.20, and %0.25). To ensure a homogeneous mixture within the epoxy resin, graphene additive material was added and subsequently mixed using magnetic, ultrasonic, and mechanical stirrers based on insights from literature review. The effect of nano graphene powder content at different ratios on the mechanical properties (tensile, three-point bending, and impact tests) of the composite test specimens prepared by cutting the materials produced via the vacuum infusion method on a CNC machine was investigated. Observations revealed that the addition of nano graphene powder to layered aramid and glass fiber epoxy composites, possessing similar areal density and the same fabric weave structure, effectively enhanced the material's strength. Compared to the hybrid composite material without nano graphene at the optimal values, the incorporation of nano graphene powder resulted in approximately 19.1% increase in impact strength, 6.4% increase in tensile strength, and 20.4% increase in bending strength. Keywords: Graphene, aramid fiber, glass fiber, vacuum infusion, hybrid composite.