Hava araçlarında kullanılmak üzere hibrit nanopartikül ve bazalt elyaf takviyeli poli (Fenilen sülfid) matrisli kompozit malzeme geliştirilmesi
Development of hybrid nanoparticle and basalt fiber reinforced poly (Phenylene sulfide) matrix composite materials for use in aircraft
Yazar: ÇAĞRI ASLAN
Danışman: PROF. DR. NEVİN GAMZE KARSLI YILMAZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology ; Sivil Havacılık = Civil Aviation ; Uçak Mühendisliği = Aeronautical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, bazalt fiber (BF) takviyeli polifenilen sülfit (PPS) matrisli kompozitlere farklı ağırlık oranlarında hem tek başına hem de hibrit olarak hegzagonal bor nitrür (hBN) ve/veya grafen nanoplatelet (GnP) ilavesinin kompozit özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmaktır. Kompozitlerin mekanik, tribolojik, termal ve termomekanik özellikleri, farklı ortam sıcaklıklarında (23ºC ve 70ºC) çekme testi, adhezif aşınma testi, termogravimetrik analiz, diferansiyel taramalı kalorimetre analizi ve dinamik mekanik analiz gibi analizler kullanılarak değerlendirilmiştir. 70ºC'de yapılan çekme testinin sonuçları, BF takviyeli kompozitlere ağırlıkça %0,3 GnP ve ağırlıkça %1 hBN ilavesinin çekme dayanımında %40'lık bir artış sağladığını göstermiştir. Buna ek olarak, ağırlıkça %0,3 GnP ve ağırlıkça %10 hBN içeren kompozit, yüksek sıcaklık çekme mukavemetinde %25 artış, sürtünme katsayısı değerinde %37 düşüş ve T40% termal bozunma sıcaklığında 10ºC iyileşme göstermiştir. Ayrıca, analiz sonuçları BF takviyeli PPS matrisli kompozitlere GnP ve hBN'nin hibrit olarak dahil edilmesinin yüksek sıcaklık çekme dayanımı, adhezif aşınma direnci ve termal direnç özelliklerini geliştirdiğini göstermiştir. Sonuç olarak, GnP ve hBN'nin hibrit kullanımının, elektriksel özelliklerin yanı sıra mekanik, tribolojik ve termal performansın gerekli olduğu ileri kompozit uygulamaları için kompozitlere üstün özellikler sağladığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The aim of this study was to investigate the effects of the addition of hexagonal boron nitride (hBN) and/or graphene nanoplatelets (GnP) to basalt fiber (BF) reinforced polyphenylene sulfide (PPS) matrix composites at different weight ratios, both alone and hybrid, on the composite properties. Mechanical, tribological, thermal, and thermomechanical properties of the composites were evaluated using analyses such as tensile test at different ambient temperatures (23ºC and 70ºC), adhesive wear test, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimeter analysis, and dynamic mechanical analysis. The results of the tensile test at 70ºC showed that the addition of 0.3 wt.% GnP and 1 wt.% hBN to the BF-reinforced composites resulted in a 40% increase in tensile strength. In addition, the composite containing 0.3 wt.% GnP and 10 wt.% hBN showed a 25% increase in high-temperature tensile strength, a 37% decrease in coefficient of friction value, and a 10ºC improvement in T40% thermal decomposition temperature. Furthermore, the analysis results showed that the hybrid inclusion of GnP and hBN to the BF-reinforced PPS matrix composites improved the high-temperature tensile strength, adhesive wear resistance, and thermal resistance properties. As a result, it is concluded that the hybrid use of GnP and hBN provides superior properties to the composites for advanced composite applications where mechanical, tribological and thermal performance is required along with electrical properties.