Yuvarlama sarma yöntemi ile üretilen karbon fiber borularda fiber yönünün dayanıma etkisi
The effect of fibre direction of on the strength of the carbon fibre pipes manufactured via roll wrapping method
Yazar: AKİF KABAKÇI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT KILINÇEL
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde yüksek mukavemetli ve aynı zamanda hafif malzeme arayışı, endüstriyel birçok uygulamada performansı artırmak için üzerinde çalışılan son derece güncel ve yeni bir konudur. İşte bu yüzden kompozit malzemeler giderek önem kazanmaktadır. Kompozit malzemeler iki veya daha fazla bileşenin bir araya getirilmesi ile oluşturulan daha üstün özelliklerdeki malzemelerdir. Özellikle yüksek mukavemetli kompozit malzemeler olarak bilinen fiber takviyeli plastiklerin (FTP) ileri teknoloji gerektiren uygulamalarda kullanımı oldukça fazladır. Bu uygulamalardan bazıları denizcilik, havacılık, motor sporları, enerji ve savunma sanayi uygulamalarıdır. Ancak uzun üretim süreleri, yüksek üretim maliyetleri ve karmaşık geometrili üretim zorlukları gibi halen çözülmesi gereken bazı zorluklar bulunmaktadır. Halihazırda kullanılan filaman sarma, pultrüzyon çekme, kalıba yatırma gibi bazı yöntemler bulunmasına rağmen yüksek seviyede dayanımın elde edilebilmesi için en etkili yöntem yuvarlayarak sarma yöntemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada karbon fiber kompozit boru üretimi için silindirik alüminyum boruların kalıp olarak kullanıldığı bir rezistanslı ısıtma fırını imal edilmiştir. Unidirectional (UD) olarak bilinen tek yönlü dokumalı karbon/epoksi prepreg malzemeler alüminyum kalıplara sarılmıştır. Ardından düzgün yüzey özelliklerini sağlamak ve son üründe oluşabilecek katman ayrılmalarını önlemek için yeterli basıncı sağlaması adına ısıl bantlar kullanılmıştır. Isıtma hızı, maksimum sıcaklık ve plato süresi gibi değerler üretici firmanın önerdiği değerlere göre seçilmiştir. Endüstrideki farklı potansiyel uygulama alanları göz önüne alınarak prepreg malzemelerin kalıplara serilmesi farklı açılar (0, 15, 30, 45, 60, 75 ve 90°) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Son ürünlerin mukavemetleri ise standart mekanik dayanım testleri uygulanarak belirlenmiştir. Test sonuçlarına göre grafiksel veriler oluşturulmuş ve tartışılmıştır. Sonuçlar fiber yönünün karbon fiber kompozit boru üretiminde son derece önemli olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Searching of high strength and lightweight materials are hot topic for enhancing the performance of the industrial applications. This is why the composite materials are getting more attention. Composite materials are obtaining from two or more materials and they contain the superior properties of these materials. Especially fibre reinforcement plastics (FRP) which are known as high strength composite materials are used in a considerable amount of high-tech applications. Some of these applications can be listed as marine, aviation, motorsports, energy and defence industry applications. However, there are still some challenges needs to be handled such as long production times, high production costs and difficulties for complex geometries. Although there are several production methods are existing for these geometries like filament winding, pultrusion and lay up in a mold, the roll wrapping method is the most efficient method for enhancing highest strength for the materials. For this reason, a resistance heater assisted oven is manufactured and cylindrical pipe aluminium materials used as mold to manufacture carbon fibre composite pipes in the present study. Unidirectional carbon/epoxy prepreg materials were roll wrapped to these aluminium mold. Shrink tapes are used to enhance the surface smoothness and required pressure for prevent delaminating of the product during the process. Heating rates, the maximum temperature value and the dwelling time values were chosen according to the manufacturer's recommendations. Prepregs are roll wrapped to the mold at the determined angles (0, 15, 30, 45, 60, 75 and 90°) according to the different potential usages areas in the industry. The strength of the products is measured with standard mechanical tests. According to the test results the graphical data are created and discussed. The results indicated that the fibre orientation is crucial for the strength of the carbon fibre composite pipe material.