Karbon nanotüp takviyeli kompozit malzemelerin termal, elektriksel ve mekanik özelliklerinin tespiti
Determine of thermal, electrical and mechanical properties of carbon nanotube reinforced composite materials
Yazar: ONUR AĞMA
Danışman: PROF. DR. ALAATTİN AKTAŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Üretim teknolojilerinin gelişmesi, günümüzde üretilen ürünleri başka malzemelerden
yaparak çalışma ortamlarında daha efektif olan ürünler kullanılmasının sağlanmasına
yol açmıştır. Özellikle elyaf takviyeli polimer matrisli kompozit malzemeler bu alanda
ön plana çıkan malzemelerin başında gelmektedir. Bu kompozit malzemelerin özellikle
otomotiv, denizcilik, havacılık, savunma gibi birçok sektörde kullanımı her geçen gün
artmakta ve özellikle istenilen özelliklere göre tasarlanabilmesinin verdiği avantajla
ticari olarak popülerliği artmaktadır.
Karbon nanotüpler, kusursuz moleküler yapısı ve kuvvetli karbon bağlarından dolayı
çok yüksek mekanik özelliklere sahiptir. Tek bir nanotüp yaklaşık olarak 1-5 TPa
arasında elastisite modülüne sahip olabilmektedir. Bu değer yaklaşık olarak çeliğin 5
katına eşit olmaktadır. Nanotüplerin bu üstün mekanik özellikleri sayesinde, kompozit
malzemelerin özelliklerini geliştirmek, literatürde oldukça çok çalışılan konular
arasında yerini almakta ve gün geçtikçe yapılan çalışma sayısında artış meydana
gelmektedir. Nanotüpler tekil halde çok yüksek mekanik özelliklere sahip olmasına
rağmen kompozit içerisinde kullanıldıklarında aynı ölçüde yüksek mekanik özellik
gösterememektedir. Bunun en temel sebepleri, karbon nanotüplerin polimer matrisli
kompozitlere takviyesi sırasında oluşan dağılım, yönelim, topaklanma, ara yüzey
birleşimi gibi konulardır. Bu sorunlar dahilinde kullanılan karbon nanotüp miktarı
önemli bir hal almakta ve bu miktarı belirlemek için literatürde karbon nanotüpün veya
kullanılacak polimer matrisin özellikleri değiştirilerek yeni çalışmalar yapılmaktadır.
Bu tezin kapsamında, günümüzde sanayi ürünlerinde kullanılmaya başlanan kompozit
malzemelerden, kullanımının önümüzdeki yıllarda artması beklenen nanokompozit
dalının en önemli takviye malzemelerinden biri kabul edilen, karbon nanotüp takviyeli
malzemelerin farklı sıcaklıklarda mekanik ve elektriksel analizleri yapılmıştır. Polimer
matris malzemesi olarak ticari olarak oldukça yaygın olan ve suya, aside ve bazlara
karşı direnci yüksek olan termoset bir polimer olan epoksi tercih edilmiştir. Bunun
yanısıra cam ve karbon elyafla beraber karbon nanotüp kullanılarak aynı analizler
yapılmıştır. Bu analizlerinin sonucunda karbon nanotüp takviyeli kompozit yapıların
genel olarak mekanik, elektriksel ve termal özellikleri hakkında bilgi edinilmiştir.
Karbon nanotüplü kompozitlerle kullanılacağı yere göre mekanik özelliklerini
belirleyerek, elektriksel iletkenliği olan numuneler elde edilebileceği ispatlanmıştır.
Kompozit malzemeye elektriksel iletkenlik kazandırmak, malzemenin anlık olarak
yapısal durumunu incelenebileceği anlamını taşımaktadır. Ayrıca artan ve azalan
sıcaklıklara karşı malzemelerin verdiği tepki raporlanmış ve buna göre çevresel etkenler
altında numunenin vereceği tepkilere ön bakış yapılmıştır.

Abstract:
Nowadays, development of production technology provide more effective products
which use a different materials. Especially, fiber reinforced polymer materials come
into prominence in composite material area. Generally this materials usage increase day
by day to utilize at many sectors like a automotive, marine, aeronautical, defense, etc.
The most important advantage of these materials; designed for requested properties and
become more popular at commercial stage.
Carbon nanotubes have very high mechanical properites due to their perfect molecular
structure and strong carbon bonds. One of nanotube can have approximately between 1
to 5 TPa modulus of elasticity. This value is equal to approximately 5 times of steel
modulus of elasticity. For improve the properties of composite materials has become
one of the most studied topics in literature, because of the this superior mechanical
properties of nanotubes, and day after day increased number of studies. Nanotubes in a
singular form have very high mechanical properties but, when they used in a
composites, did not show the same high mechanical properties. The main reasons of that
situation; dispersion, alignment, agglomeration and interface connection, during the
carbon nanotube reinforce at polymer matrix. Within these problems, determine amount
of carbon nanotube is very important in literature. In literature work on carbon nanotube
or matrix properties.
The scope of this thesis, nowadays composite materials start to use at industrial
products and expected to increase usage of nanocomposite at industrial products. One of the most important reinforcement materials in nanocomposite field carbon nanotubes
used in this thesis, and their mechanical and electrical tests have done at different
temperatures and after that tests, determine mechanical, electrical, thermal properties of
composites. Epoxy is preferred for the matrix material which is thermoset polymer,
extensive commercially and have resistance to acid, base and water. Besides these, used
glass and carbon fiber with carbon nanotube as a reinforce material. As a result of these
tests, general information of mechanical, electrical and thermal was obtained about the
carbon nanotube reinforce composite materials. By determining the mechanical
properties according to the location of use, it was proved that electrical conductivity can
be obtained at carbon nanotube composite samples. This means that, the structural
condition of the material can be studied continuously. Also, reported the material
properties against the increasing and decreasing temperature and make a front view
response of samples under environmental factors.