Yüzeylerine kimyasal olarak karbon nanotüpler bağlanmış örgü cam fiber/epoksi nanokompozitlerin üretimi ve tabakalar arası kırılma davranışının incelenmesi
Fabrication and investigation of interlaminar fracture behavior of woven glass fibers/epoxy nanocomposites modified with carbon nanotubes chemically bonded on the glass fibers
Yazar: VOLKAN ESKİZEYBEK
Danışman: PROF. DR. AHMET AVCI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Epoksi = Epoxy ; Kırılma tokluğu = Fracture toughness ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Nanotüp = Nanotube

Özet:
Bu tez çalışmasında, yüzeylerine çok cidarlı karbon nanotüpler kimyasal olarak bağlanmış örgü cam fiber/epoksi tabakalı nanokompozitler üretilmiş ve tabakalar arası kırılma toklukları incelenmiştir. Karbon nanotüpler (KNT) yüzeyleri organik çapraz bağlayıcılar ile fonksiyonelleştirilmiş cam fiber yüzeylerine kimyasal olarak bağlanmışlar ve/veya epoksi matriks içerisine ilave edilmiştir. Cam fiber yüzeylerine KNT'ler kimyasal olarak bağlanmadan önce, cam fiber yüzeyleri 3-(Aminopropil)trietoksilan (APTES) organik çapraz bağlayıcıları fonksiyonelleştirilmiştir. APTES'ların hidrofobik amino ( NH2) uçlarına ise kimyasal yöntemler ile fonksiyonelleştirilmiş KNT'ler bağlanmıştır. Cam fiberler ile KNT'lerin kimyasal olarak bağlanması Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi analizleri ile karakterize edilmiş, ayrıca taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile cam fiberlerin yüzey morfolojileri araştırılmıştır. Tabakalı nanokompozitlerin üretiminde vakum infüzyon yöntemi kullanılmıştır. Üretilen nanokompozitler çekme ve eğilme deneylerine maruz bırakılmış ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca, üretilen nanokompozit levhalardan çift ankastre kiriş numuneleri hazırlanarak Mod I tabakalar arası kırılma tokluğu değerleri bulunmuştur. Deneylerin ardından numunelerin kırılma yüzeyleri SEM ile görüntülenerek numunelerin hasar mekanizmaları ile tabakalar arası kırılma tokluğuna etki eden mekanizmalar araştırılmıştır.KNT'ler cam fiber yüzeylerine kimyasal olarak bağlandığında çekme dayanımları kısmen azalmış ancak toklukları önemli ölçüde artmıştır. İlaveten, eğilme deneyleri ile elde edilen sonuçlara göre KNT'ler cam fiber yüzeylerine kimyasal olarak bağlandığında eğilme dayanımında önemli artışlar sağlanmıştır. Mod I tabakalar arası kırılma tokluğu deneyleri sonucunda fiber köprülenmesi mekanizmasına ilaveten KNT sıyrılması, polimer akması, çatlak önünde çatlak, çatlağın farklı düzlemlerde ilerlemesi, enine fiber demeti köprülenmesi, mekanik kilitlenme gibi mekanizmalar ile nanokompozlerin kırılma tokluğu değerlerinde büyük artışlar sağlanmıştır.

Abstract:
In this thesis, woven glass fiber/epoxy laminated nanocomposites which multi-walled carbon nanotubes have been adhesively bonded on the glass fiber surfaces were fabricated and their interlaminar fracture toughness were investigated. Firstly, glass fiber surfaces were funtionalizated by 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) coupling agents prior chemical bonding of CNTs. Then, CNTs were bonded hydrophobic amino ( NH2) groups of APTES subsequently. The chemical interactions between glass fibers and MWCNTs were characterizated by Fourier transform infrared spectroscopy. Furthermore, surface morphologies of the glass fibers were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Vacuum assisted resin transfer molding method was used to fabricate of laminated nanocomposites. Tensile and flexure experiments were applied on nanocomposites to obtain their mechanical properties. In addition, double cantilever beam samples were prapered from nanocomposites and Mod I interlaminar fracture toughness values were found out. Fracture surfaces of nanocomposites were investigated via SEM and failure mechanisms and other mechanical mechanisms related with interlaminar fracture toughness were investigated.Tensile strength of nanocomposites was slightly decreased when CNTs were bonded on glass fibers chemically but thoughness of laminated nanocomposite was increased drastically. Furthermore, the flexural strength of nanocomposite was also increased when CNTs were bonded on glass fibers chemically. Mode I interlaminar fracture toughness tests were revealed that interfacial fracture toughness of nanocomposite was increased via CNTs pull-out, polymer crazing, crack in front of crack, crack propagation in different plane, transverse fiber tow bridging, mecahical interlocking in addition to fiber bridging.