Fonksiyonellendirilmiş alümina ve silika katkılı cam-kevlarelyaf /epoksi hibrit kompozitlerin darbe davranışlarının incelenmesi
Investigation of impact behavior of functionalized aluminaand silica doped glass-kevlar fiber/epoxy hybrid composites
Yazar: GÖKHAN CAN
Danışman: PROF. DR. AYŞE ÖNDÜRÜCÜ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Darbe; düşük, orta veya yüksek hızlarda çok kısa bir süre içinde, bir malzeme
veya yapı üzerine uygulanan anlık bir dış kuvvet olarak tanımlanabilir. Kompozit
malzemelerde darbe davranışı belirlenirken; kuvvet-çökme eğrileri, kuvvetzaman
eğrileri, çökme - zaman eğrileri, absorbe edilen enerji-zaman eğrileri, hızzaman
eğrileri ve enerji profili metodundan faydalanılır.
Bu çalışmada, farklı oranlarda alümina ve silika içeren kevlar-cam elyaf/epoksi
reçineli hibrit kompozit numunelerin artan darbe enerjisi altındaki darbe
davranışları incelenmiştir. Alümina ve silika katkılarının etkisini araştırmak
amacıyla 12 tabakalı 7 farklı grup alümina ve silika katkılı kevlar-cam
elyaf/epoksi reçineli hibrit kompozit malzeme üretilmiştir. Hibrit kompozitlerin
darbe testinde darbe uygulanan üst yüzey olarak kevlar yüzey seçilmiştir. Darbe
deneylerinde vurucu uç etkisinin araştırmak amacıyla 3 farklı vurucu darbe uç
çapı (10mm, 12.7mm ve 20mm) kullanılmıştır. 10 mm vurucu uç için 60J, 12.7
mm vurucu uç için 10J, 20J, 30J, 60J ve 20 mm vurucu uç için 60J, 90J, 120J artan
darbe enerjilerinde kompozitlere darbe deneyleri uygulanmıştır.
Darbe testleri CEAST Fractovis Plus darbe test cihazı ile yapılmıştır. Deneysel
çalışma sonucunda, darbe enerjisi değerleri arttıkça maksimum kuvvet ve çökme
miktarı değerlerinin de arttığı görülmüştür. Bunun yanısıra darbe uygulanmayan
alt yüzeydeki deformasyon alanının darbe uygulanan üst yüzeydeki deformasyon
alanına göre daha büyük olduğu görülmüştür. 20 mm vurucu uç ile yapılan darbe
deneylerinde 120J darbe enerjisine kadar çıkılmasına rağmen delinmenin
gerçekleşmediği, 10mm ve 12,7 mm vurucu uçları ile yapılan darbe deneylerinde
ise daha düşük darbe enerjisi değerinde (60J) delinmenin meydana geldiği
görülmüştür. Farklı alümina ve silika katkı oranlarına sahip hibrit kompozitler
karşılaştırıldığında, 7 grup içerisinde %3 alümina ve %2 silika içeren A3S2
numunesinin maksimum kuvvet değerinin en yüksek olduğu, diğer numunelerin
mukavemetinden daha yüksek bir mukavemete sahip olduğu görülmüştür. Hibrit
kompozit numunelerde, düşük darbe enerjileri için darbe uygulanan üst
yüzeylerde ilk önce ezilme izi ve matris çatlağı ile başlayan hasar modu, darbe
enerjisinin artmasıyla numune kalınlığı boyunca fiber kırılmalarının baskın
olduğu hasar moduna dönüşmektedir. Darbe uygulanmamış olan alt yüzeylerde
ise küçük delaminasyonlar ve fiberler arası ayrılma olarak başlayan hasar modu,
darbe enerjisinin artmasıyla delaminasyon alanlarının genişlediği ve bazı
fiberlerin matrisden ayrıldığı bir hasar moduna dönüşmektedir.

Abstract:
Impact can be defined as an instantaneous external force applied to a material or
a structure in a very short time at low, medium or high speeds. While determining
the impact behavior of composite materials; load-deflection, force-time,
deflection-time, absorbed energy-time, velocity-time curves and energy profile
method are utilized to compare each together.
In this study, the impact behavior of kevlar-glass fabric penetrated epoxy resin
hybrid composite samples which contains various ratio of alumina and silica
under increasing impact energy was investigated. In order to investigate the
effect of alumina and silica additives, seven different ratio of twelve-layered
alumina and silica added kevlar-glass fiber / epoxy resin hybrid composite
material were produced. Aramid fabric (Kevlar) surface was chosen as the
applied impact surface for the impact test of hybrid composites. Also, three
different impact probe diameter (10mm, 12.7mm and 20mm) were used to
investigate and compare the impact energy. Impact tests were applied to
composites at three set of strikers such as 10 mm striker applied under 60J
impact energy, 12.7mm striker applied under 10J, 20J, 30J and 60J impact energy
while 20mm striker applied to 60J, 90J, 120J impact energy.
Impact tests were performed with CEAST Fractovis Plus impact tester. As a result
of the experimental study, it was seen that the maximum force and deflection
surface area increased as the impact energy values increased. In addition, it was
found that the deflection area on the backside of the impact surface was larger
than the deformation area on the upfront impacted surface. In the impact tests
performed with 20 mm strike probe, it was observed that there is no penetration
occured event at impact energy reached up to 120J. However, for 10 and 12.7mm
strike probe, the presence of penetration is seen at 60J impact energy. When
comparing hybrid composites with different alumina and silica additive ratios, it
was observed that maximum strength value of A3S2, which is made of %3 wt of
alumina and %2wt. of silica, sample was the highest among other groups and also
show higher mechanical strength. In hybrid composite samples, the damage
mode, which first starts with crush marks and matrix cracks on impact surfaces
for low impact energies, is transformed into damage mode where fiber breaks are
dominant throughout the sample thickness with increasing impact energy. The
damage mode, which starts as small delamination and inter-fiber separation on
backside of the composites, where no impact applied, is transformed into a
damage mode in which the delamination areas are expanded and some fibers are
separated from the matrix as the impact energy increases.