Sprey kaplama yöntemi ile üretilen SiO2 temelli süperhidrofobik kaplamaların mekanik kararlılıklarının incelenmesi
Investigation of the mechanical durability of SiO2 based superhydrophobic coatings produced with spray coating method
Yazar: ALİ HAYDAR GÜNEŞ
Danışman: DOÇ. DR. SİNAN FİDAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Eroziv aşınma = Erosive wear ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Sürtünme aşınması = Abrasive wear ; Yüzey hidrofobisitesi = Surface hydrophobicity ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Doğada süperhidrofobik özellik gösteren birçok canlı türü bulunmaktadır ve bu türlerin sahip olduğu hiyerarşik mikro ve nano yapıya sahip düşük enerjili biyolojik yüzeyler süperhidrofobik yüzeylerin geliştirilmesinde esin kaynağı olmuştur. Günümüzde süperhidrofobik yüzeylerin çok sayıda yöntem kullanılarak üretilebiliyor olmasına karşın insan yapımı bu yüzeyler dış ortam koşullarında su iticilik özelliğini uzun süre koruyamamaktadır. Bu çalışmada, epoksi ve poliüretan olmak üzere iki farklı polimer ve hidrofobik fumed SiO2 nano partikül kullanılarak süperhidrofobik yüzeyler üretilmiştir. Elde edilen yüzeyler temassız üç boyutlu profilometre ve statik su temas ve kayma açıları ölçülerek karakterize edilmiştir. Poliüretan yüzeylerde 150 derecenin üzerinde su temas açılarının elde edilmesine karşın süperhidrofobiklik sağlanamazken epoksi kaplamaların önemli bir bölümü süperhidrofobik özellik göstermektedir. Üretilen yüzeylerin dış ortam koşullarında kullanılabilirliğini incelemek amacıyla iki farklı mekanik dayanım testi kullanılmıştır. Yüzeylerin darbe dayanımı düşen kum aşınma testi, teğetsel aşınma dayanımı ise doğrusal abrazif aşınma testi ile incelenmiştir. Yüzeylerin ıslanabilirliği ve mekanik dayanımı üretim parametrelerin bağlı olarak önemli farklılıklar göstermektedir. Bu parametreler: (i) polimer türüne göre seçilen üretim yöntemi, (ii) epoksinin yüzey enerjisinin modifiye edilmesi amacıyla kullanılan siloksan türü, (iii) siloksan miktarı, (iv) nano partikül miktarı ve (v) uygulama (püskürtme) süresidir. Belirli miktarlarda polidimetilsiloksan ve SiO2 nano partikül içeren Epoksi/Polidimetilsiloksan/SiO2 yüzeyler üstün su iticilik ve mekanik dayanım özellikleri sergilemektedir. Elde edilen bir diğer önemli sonuç ise; püskürtme süresinin, yüzeylerin mekanik aşınma davranışında önemli bir rol oynadığıdır. Püskürtme süresi kısa kaplamalar yüksek abrazif aşınma dayanımı özelliği sergilemektedirler. Uzun püskürtme süresi ile üretilen kaplamalar ise dinamik darbeler altında uzun süre su iticilik özelliklerini korumaktadırlar.

Abstract:
Many species in nature show superhydrophobic properties, and the low-energy biological surfaces of these species with micro-nano hierarchical structures have inspired the development of superhydrophobic surfaces. Today, although superhydrophobic surfaces can be produced using many methods, these human-made surfaces cannot maintain their water repellency feature for a long time under outdoor conditions. In this study, superhydrophobic surfaces were produced using two different polymers, epoxy and polyurethane, and hydrophobic fumed SiO2 (silica) nanoparticles.The resulting surfaces were characterized by measuring the three-dimensional non-contact profilometer and the static water contact and sliding angle shift.Although water contact angles of more than 150 degrees can be obtained on polyurethane surfaces, superhydrophobicity cannot be achieved, while most epoxy coatings show superhydrophobic properties. Two different mechanical durability tests have been used to examine the usability of the produced surfaces in outdoor conditions The impact resistance of the surfaces was examined by the sand impact durability test and the abrasive wear resistance by the linear abrasion stability test. The wettability and mechanical durability of the surfaces differ significantly depending on the production parameters. These parameters are: (i) the production method selected according to the polymer type, (ii) the siloxane type used to modify the surface energy of the epoxy, (iii) the amount of siloxane, (iv) the number of nanoparticles, and (v) the spraying time. Epoxy / Polydimethylsiloxane / SiO2 surfaces containing certain amounts of polydimethylsiloxane and SiO2 nanoparticles exhibit superior water repellent and mechanical durability properties. Another important result obtained is; Spraying time plays an important role in the mechanical wear behavior of surfaces. Coatings with short spraying time exhibit high abrasive wear resistance. Coatings produced with a long spraying time retain their water repellency properties for a long time under dynamic impacts.