Nanopartikül takviyeli kompozit malzemelerin işlenebilirliğinin araştırılması
Investigation of the machinability of nanoparticle reinforced composite materials
Yazar: FERHAT CERİTBİNMEZ
Danışman: PROF. DR. AHMET YAPICI
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Bu çalışmada, farklı malzemelerin en iyi özelliklerini tek bir malzemede toplayıp, fiziksel ve mekanik ihtiyaçları karşılayarak birçok kullanım alanına sahip stratejik malzeme üreterek; nanopartikül takviyesi ile daha dayanıklı, daha hafif, alışılandan farklı ve üstün malzeme özellikleri/üretim süreçleri elde edilmiştir. Vakum infüzyon yöntemi kullanılarak; 8 katmanlı düz örgülü cam elyafı ile epoksi reçinenin ağırlıkça % 0,1 oranında çok cidarlı karbon nanotüp  (ÇCKNT) katkılı ve katkısız kompozit tabakalar üretilmiştir. İmalatı tamamlanan her bir kompozit tabakadan örnekler alınarak; çekme testi, yoğunluk ve yakma testi, sertlik analizi yapılarak mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Nanopartikül katkısının elastik modül, çekme dayanımı, poison oranı, yoğunluk, fiber hacim oranı, matriks hacim oranı, boşluk hacim oranı, yüzey sertliği üzerine etkisi tespit edilmiştir. Saf ve katkılı kompozit tabakalardan aynı sayıda ve ölçülerde test numuneleri hazırlanarak, aynı şartlar altında ayrı ayrı işlenebilirlik çalışmaları yapılmıştır. Farklı kesme profilli zımba ve kalıp kullanarak delme, parmak freze kullanarak orbital delme ve frezeleme, farklı nokta açısına sahip matkaplar kullanarak konvansiyonel delme, lazer kesim ve su jeti kesim gibi imalat yöntemleri kullanılarak işlenebilirlikleri analiz edilmiştir. Zımba ile delme çalışmalarında; yük ölçümü için Amatek (Load Cell), basınç ölçümleri için Fujifilm (Prescale) , boyut ve yüzey kontrolleri için 3 boyutlu lazer tarama (Romer Absolute Arm) kullanılmıştır. Freze çakısı ve matkap kullanılarak yapılan delme işlemi Makino S33 model CNC tezgahında faklı tezgâh devri ve ilerleme parametreleri seçilerek yapılmıştır. Yüzey frezeleme işlemleri ARION GEVS 500A NC freze tezgâhı kullanılarak tamamlanmıştır. Kesici takım aşınmaları Zoller Genius 3s tezgâhı kullanılarak tespit edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri için Mitutoyo Surftest SJ-310, ölçüsel kontroller için Mitutoyo 150 mm dijital kumpaslar kullanılmıştır. Frezelenen yüzeyler Olympus BX-53 PHAKO stereo mikroskobu ile muayene edilmiştir. Lazer ve su jeti kesimde elde edilen mikroskobik bulgular Nikon SMZ 745T mikroskobu ile analiz edilmiştir. Garnet aşındırıcılı su jeti ve CO2 lazer yöntemleri kullanılarak yapılan kesimlerden elde edilen termal ve mekanik hasarlar, ölçüsel problemler ve hassasiyetler rapor edilmiştir.

Abstract:
In this study, by gathering the best properties of different materials in a single material, meeting the physical and mechanical needs, producing strategic materials having many uses; with nanoparticle reinforcement, more durable, lighter, different than usual and superior material properties / production processes were obtained. Composite plates of 8-layer flat braided glass fiber and epoxy resin with 0.1 % by weight of multi-walled carbon nanotube (MWCNTs) doped and undoped were produced by vacuum infusion method. Samples were taken from each composite layer completed; mechanical properties were determined by tensile test, density and burning test, hardness analysis. The effect of nanoparticle additive on elastic modulus, tensile strength, poison ratio, density, fiber volume ratio, matrix volume ratio, void volume ratio, surface hardness were determined. Test samples were prepared from pure and doped composite sheets at the same number and dimensions, and individual machinability studies were carried out under the same conditions. Machinability of the produced composites were analyzed by using manufacturing methods such as punching using different cutting profile punch and die, orbital drilling and milling using end mill, conventional drilling using different point angles, laser cutting and water jet cutting. In punching by punchs; Amatek (Load Cell) was used for load measurement, Fujifilm (Prescale) was used for pressure measurements, 3D laser scanning (Romer Absolute Arm) was used for dimension and surface controls. Drilling process using milling knife and drill was performed by selecting different machine speed and progress parameters on Makino S33 model CNC machine. Surface milling was completed using the ARION GEVS 500A NC milling machine. Cutting tool wear was determined using Zoller Genius 3s machine tool. Mitutoyo Surftest SJ-310 was used for surface roughness measurements and Mitutoyo 150 mm digital calipers were used for dimensional controls. The milled surfaces were examined with Olympus BX-53 PHAKO stereo microscope. Microscopic findings obtained from laser and water jet cutting were analyzed with Nikon SMZ 745T microscope. Thermal and mechanical damages, dimensional problems and sensitivities obtained from cuts made using Garnet abrasive water jet and CO2 laser methods were reported.