Tek yönlü karbon fiber takviyeli poliamid 6 kompozitlerin sıkıştırma kalıplamasında proses-performans ilişkilerinin incelenmesi
Investigation of process-performance relationships in compression molding of unidirectional carbon fiber reinforced polyamide 6 composites
Yazar: CANBEK GİRAY
Danışman: PROF. DR. MİHRİGÜL EKŞİ ALTAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmal Usulleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Karbon lifler = Carbon fibers ; Lifli kompozitler = Fiber composites ; Mekanik dayanım = Mechanical strength ; Termoplastik = Thermoplastic

Özet:
Termoplastikler, termoset polimerlere göre çeşitli avantajlar sunarak daha kısa proses döngüleri ile yüksek hacimli üretimi desteklemesi, otomatik fiber yerleştirme gibi tekniklerle karmaşık geometrilerin üretilebilmesi, geri dönüştürülebilirlik ile çevre dostu ve sürdürülebilir bir üretim sürecinin sağlanabilmesi ve mekanik bağlayıcı kullanılmadan kaynaklanabilme gibi faktörleri içermektedir. Sürekli karbon fiber takviyeli termoplastikler (SKFTT), son yıllarda araştırmacılar arasında büyük ilgi görmektedir. Yüksek mukavemet-ağırlık oranı, yüksek kırılma tokluğu, uzun kap ömrü ve geri dönüştürülebilirlik gibi avantajlı özellikleri, spor, ulaşım, havacılık ve otomobil endüstrileri gibi çeşitli sektörlerde kullanımları için ideal hale getirmektedir. SKFTT'ler arasında, tek yönlü karbon fiber takviyeli termoplastik poliamid 6 (KF/PA6), nispeten düşük maliyeti, iyi işlenebilirliği, kimyasal direnci ve yüksek mekanik performansı nedeniyle son zamanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek yönlü KF/PA6 prepreg bantların konsolidasyon süreci geliştirmesi amaçlanan bu çalışma, interlaminar bağ mukavemetinin gelişimini anlama ve analiz etme üzerine odaklanmaktadır. Bu tez çalışmasında soğutma hızı, kalıplama süresi, proses sıcaklığı ve ön ısıtma gibi dört üretim parametresinin KF/PA6 numunelerinin bağlanma mukavemeti üzerindeki etkisini incelenmiştir. Kama soyulma testi, çift konsol kiriş testi, çekme testi ve üç nokta eğme testi gibi dört test yöntemi kullanılarak bağ mukavemeti özellikleri değerlendirilmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre soğutma hızı etkisi, hızlı soğutma kullanıldığında soyulma dayanımı %20.3, tabakalar arası kırılma tokluğu %27.2, 0˚ yönlü eğilme özellikleri maksimum gerilim %16.5, 90˚ yönlü maksimum gerilim %13.4 ve gerinim %27.3 oranında artmıştır. 
Proses sıcaklığının etkisi, 220˚C'deki değerlerine göre 240˚C ve 260˚C'ye yükseldikçe, soyulma dayanımı sırasıyla %89.9 ve %98.8, eğilme modülü %39.9 ve %31.8 oranında artmıştır. 
Ön ısıtma uygulanmamış numunelerde 0˚ yön için eğilme modülü %20.8, 90˚ yön için eğilme modülü %20.8 artış göstermiştir.
Elde edilen sonuçlar, soğutma hızı, kalıplama süresi, proses sıcaklığı, ön ısıtma gibi faktörlerin doğru şekilde belirlenmesinin, karbon fiber termoplastik kompozitlerin mekanik özelliklerinin optimize edilmesinde önemli bir rol oynadığını göstermektedir.

Abstract:
Thermoplastics provide various advantages over thermoset polymers, including the ability to support high-volume production with shorter process cycles, the ability to produce complex geometries with techniques such as automatic fibre placement, recyclability, an environmentally friendly and sustainable production process, and the ability to be welded without the use of mechanical fasteners.  Continuous carbon fibre reinforced thermoplastics (CFRTP) have attracted great interest among researchers in recent years. Their advantageous properties such as high strength-to-weight ratio, high fracture toughness, long shelf life and recyclability make them ideal for use in various sectors such as sports, transport, aerospace and automobile industries. Among CFRTPs, unidirectional (UD) carbon fibre reinforced thermoplastic polyamide 6 (CF/PA6) has been widely used recently due to its relatively low cost, good processability, chemical resistance and high mechanical performance. Aiming to improve the consolidation process of unidirectional CF/PA6 prepreg tapes, this study focuses on understanding and analysing the development of interlaminar bond strength. In this thesis, the influence of four manufacturing parameters such as cooling rate, moulding time, process temperature and preheating on the bond strength of CF/PA6 specimens was investigated. Bond strength properties were evaluated using four test methods such as wedge peel test, double cantilever beam test, tensile test, three-point bending test. According to the results obtained from the study, the effect of cooling rate, peel strength increased by 20.3%, interlayer fracture toughness by 27.2%, 0˚ direction bending properties maximum stress 16.5%, 90˚ direction maximum stress 13.4% and strain 27.3% when fast cooling was used.
The effect of process temperature, peel strength increased by 89.9% and 98.8% respectively, interlayer fracture toughness by 89.9% and 98.8% respectively, flexural modulus by 39.9% and 31.8% respectively as the temperature increased to 240˚C and 260˚C compared to their values at 220˚C. 
In without preheating specimens flexural modulus for 0˚ direction by 20.8% and stress by 14.5%, flexural modulus for 90˚ direction by 20.8%.
The results obtained show that the correct determination of factors such as cooling rate, molding time, process temperature, preheating plays an important role in optimising the mechanical properties of carbon fiber thermoplastic composites.