Çekirdek malzemeli polimer matrisli elyaf takviyeli kompozitlerde boron nano malzemelerin arayüz özelliklerine etkisinin mekanik testlerle incelenmesi
Investigation of the effect of boron nano materials on interface properties in fiber reinforced composites with core material polymer matrix by mechanical tests
Yazar: DOĞANAY YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜR DEMİRCAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, polietilen tereftalat (PET) köpük çekirdek malzeme ve cam elyaftan oluşan sandviç yapıda kompozitlerin, matris fazına matrisin ağırlıkça farklı oranlarında eklenen hekzagonal bor nitrür (hBN) nano malzemenin, sandviç kompozit üzerindeki mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada hBN nano malzeme katkılandırması kullanılan epoksi reçinenin ağırlıkça %0,5'i, %1'i, ve %2'si kadar olup ayrıca hBN nano malzeme katılmamış reçine de kullanılarak katkılandırmanın etkisi değerlendirilmiştir. Bu kapsamda katkının hazırlanması için ultrasonik karıştırıcı kullanılmış ve vakum yardımlı reçine transfer yönteminden (VARTM) yararlanılarak kompozit malzemeler üretilmiştir. Nano malzeme ile katkılandırma yapılmış kompozit sandviç numunelerin mekanik özellikleri üç nokta eğme testi ve charpy darbe testi yapılarak katkılandırma yapılmamış olan numuneler ile karşılaştırılmıştır. 
Üretilen numunelerde en yüksek eğme dayanımı değerini veren oranın epoksi reçine ağırlığınca %1 hBN katkılı kompozit numuneye ait olduğu belirlenmiştir. Bu numuneden cam elyaf kumaşın 0o yöneliminde katkısız numuneye göre eğme dayanımının %52,4 oranında arttığı tespit edilmiştir. Aynı %1 lik hBN nano malzeme katkılı numunenin cam elyaf kumaşın 90o yönüne göre katkınlanması durumunda ise eğme dayanımındaki artış %35 olarak tespit edilmiştir. Katkısız numuneye kısayla reçine ağırlığının %0,5'i kadar hBN nano malzeme katkılandırılan numunenin eğme dayanımı, cam elyaf kumaşın 0o ve 90o yönelimleri için hafif artış gösterirken; %2 lik katkılandırılmış numunede ise her iki yön için gerileme gözlemlenmiştir. Bu durumun reçine içerisindeki topaklanmalardan kaynaklandığı düşünülmekte olup reçine katkılandırması için ağırlıkça %1'e yakın hBN nano malzeme katkısının en ideal oran olduğu değerlendirilmektedir. Ayrıca, üretilen numuneler için yapılan darbe testinden elde ettiğimiz verilere göre hBN nano malzeme katkılandırmasının darbe dayanımını olumsuz etkilediği belirlenmiştir.
Sandviç yapıdaki kompozit numunelerin elyaf hacim oranları yakma testi ile ortalama %7,66 olarak bulunmuştur. Kompozit plakalar sandviç yapıda oldukları için elyafsız hacim artışından dolayı numunelerin elyaf hacim oranları %7 seviyesindedir. Sandviç kompozitteki PET köpüğü çevreleyen cam elyaf epoksi plakaların elyaf hacim oranı ise ortalama %39 olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the effect of hexagonal boron nitride (hBN) nanomaterial added to the matrix phase of the sandwich structure composites consisting of polyethylene terephthalate (PET) foam core material and glass fiber in different weight ratios on the mechanical properties of sandwich composite materials has been investigated. In this study, 0,5%, 1%, and 2% of the epoxy resin used with hBNnano material additives was evaluated. In this context, an ultrasonic probe was used for the preparation of the nanomaterial and composite materials were produced by using the vacuum assisted resin transfer method (VARTM). The mechanical properties of the composite sandwich specimens with nanomaterials were compared by performing three-point bending test and charpy impact test.
It was determined that the ratio giving the highest flexural strength value in the produced samples belonged to the 1%hBN added composite sample. From this sample, it was determined that the bending strength of the glass fiber fabric in 0o orientation increased by 52,4% compared to the neat sample. The increase in bending strength was determined as 35% if the same 1% hBN nanomaterial added sample with 90o direction of the glass fiber fabric. While the flexural strength of the sample, in which 0,0,5% of the resin weight of hBN nanomaterial increased slightly for the 0o and 90o orientations of the glass fibre fabric; In the 2% doped sample, decrease was observed for both directions. It is thought that this situation is caused by agglomeration in the resin, and it is considered that hBN nanomaterial additive of close to 1% by weight is the most ideal ratio for resin doping. In addition, according to the data obtained from the impact test for the produced samples, it was determined that the hBN nanomaterial doping affects the impact resistance negatively. 
The fiber volume ratio of the composite samples in sandwich structure was found to be 7.66% on average by the burning test. Since the composite plates are in a sandwich structure, the fiber volume ratio of the samples is at the level of 7% due to the increase in volume without fiber. The fiber volume ratio of the glass fiber epoxy plates surrounding the PET foam in the sandwich composite was determined as 39% on average.