Polimer matrisli kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of polymer matrix composite materials
Yazar: ALİ ARI
Danışman: PROF. DR. ALİ BAYRAM
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Aramidler = Aramids ; Borular = Pipes ; Lif takviyeli polimerler = Fiber reinforced polymers ; Matematiksel modeller = Mathematical models ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Varyans analizi = Variance analysis

Özet:
Bu çalışmada, kırpılmış cam, karbon ve aramid elyaf takviyeli polipropilen, polietilen, poliamid 6 ve poliamid 12 kompozitlerinin mekanik özelliklerinin değerlendirmesi yapılmıştır. Aynı imalat yöntemi ve koşulları altında kompozit elemanların hacimsel oranları değiştirilerek kompozitlerde varyasyonlar elde edilmiştir. Takviye ve matris malzemeleri ekstrüzyon yöntemiyle karıştırıldıktan sonra pres kalıplama tekniği ile kompozit malzemeler plaka şeklinde üretilmiştir. Daha sonra üretilen kompozitlerin çekme, 3 nokta eğilme, düşme ağırlık ve sertlik testleri gerçekleştirilmiş ve kırık yüzeylerin yüzey morfolojisi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Daha sonra her bir değişkenin (elyaf ve matris tipi, elyaf katkı içeriği) test sonuçları üzerindeki etkinliğini gözlemlemek için S/N değerleri kullanılarak ANOVA analizi ve F-Testi gerçekleştirilmiştir. Hesaplanan F değerleri, kritik F değerlerinden daha büyük olduğu görülmüştür. Hedeflenen %95 güven seviyesini sağlanmıştır. Elde edilen deneysel verileri en küçük kareler optimizasyon yöntemiyle matematiksel model geliştirilmiştir. Son olarak deney sonuçlarına göre en uygun karışımın mekanik özellikleri kullanılarak, doğalgaz altyapısında kullanılan PE125 borunun sonlu elemanlar metodu ile numerik analizi yapılmıştır.

Abstract:
In this study, a comparative assessment of the mechanical properties of chopped carbon fiber reinforced polypropylene, polyethylene, polyamide 6, and polyamide 12 composites was performed. Variation on the composites was obtained by changing the volumetric ratios of the composite elements under the same manufacturing method and conditions. After blending reinforcement and matrix materials by using the extrusion method, the composite materials were manufactured in the shape of plates by the press molding technique. Then, tensile, 3-point bending, drop weight, and hardness tests of the manufactured composites were carried out, and surface morphology of the fractured surfaces was examined by Scanning Electron Microscope (SEM). ANOVA analysis using S/N values, and F-Test were performed to observe the effectiveness of each test factor (matrix, fiber, and additive content) on the test results. The calculated F values were greater than the critical F values and provided the targeted 95% confidence level.  A mathematical model was developed using the least squares optimization method of the obtained experimental data. Finally, numerical analysis of the PE125 pipe used in the natural gas infrastructure was carried out using the finite element method, using the mechanical properties of the most suitable mixture according to the test results.