Karbon nanotüp ve nano silika takviyeli bazalt/epoksi hibrit nanokompozitlerin korozif ortamda darbe davranışları
Impact behaviours of carbon nanotubes and nano silica reinforced basalt/epoxy hybrid nanocomposites in corrosion environment
Yazar: İBRAHİM DEMİRCİ
Danışman: PROF. DR. AHMET AVCI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Darbe dayanımı = Impact strength ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites ; Çekme dayanımı = Tensile strength

Özet:
Bu çalışmada, epoksi matrise nano silika (SiO2 nanopartikül), ÇDKNT (Çok Duvarlı Karbon Nano Tüp) karbon nanotüp ve SiO2-ÇDKNT hibrit nanopartikül katkılarının bazalt elyaf takviyeli kompozitlerin deniz suyu korozyon ortamından sonra darbe davranışlarına olan etkileri incelenmiştir. Gerçekleştirilen deneysel çalışmada; deniz suyu (akdeniz) korozyon süreleri 0,10,20 ve 40 gün olarak belirlenmiş, çekme ve düşük hızlı darbe deneyleri ASTM D 3039/D 3039M - ASTM D 7136M standartlarına uygun olarak yapılmıştır. Korozyona maruz kalmamış nanopartikül katkılı ve katkısız BTP/Epoksi kompozitlerde %4 SiO2 nanopartiküllerin epoksi matrise katkısı yaklaşık %27.7-29 arasında çekme dayanımında bir artış sağlarken, %4SiO2-%0.3 ÇDKNNT nanopartiküllerin hibritleme yapılarak epoksi matrise olan katkısı %20.6-23 ve 0.3%ÇDKNT karbon nanotüp katkısı ise %13.5-18 aralığında çekme dayanımlarında artışlar sağladığı çalışmalarda tespit edilmiştir. 10, 20 ve 40 gün korozyon sürelerinin artmasıyla, nanopartikül katkılı ve katkısız BTP/Epoksi kompozitlerin çekme dayanımlarında azalmalar gözlenmiştir. Deniz suyu korozyon süresinin artmasıyla 40 günün sonunda ortalama çekme dayanımında en azalma %14'lik azalma ile %4SiO2 nanopartikül katkılı bazalt elyaf takviyeli epoksi kompozit çekme numunelerinde gözlemlenmiştir. Çekme dayanımında %26.5 azalma ile  deniz suyu korozyonundan en fazla etkilen kompozitler nanopartikül katkısız bazalt elyaf takviyeli epoksi kompozitlerde tespit edilmiştir.
Düşük hızlı darbe deneyleri 10j ve 20j enerji seviyelerinde gerçekleştirilmiştir. 10J ve 20J enerji seviyesinde ve 0,10,20 ve 40 gün korozyon sürelerinde en iyi darbe davranışlarını SiO2 nanopartikül katkısı sağlarken, sırasıyla SiO2-ÇDKNT hibrit ve ÇDKNT karbon nanotüp katkıları takip etmiştir. Korozyon süresinin artmasıyla nanopartikül katkılı ve katkısız BTP/Epoksi kompozitlerin eğilme ve temas rijitliklerinin azaldığı görülmüştür. Deplasmanların ise arttığı gözlenmiştir. SiO2 nanopartikül katkılı BTP/Epoksi kompozitler deniz suyu korozyon ortamından en az etkilenen nanokompozitler olmuştur. SiO2 nanopartiküllerin elyaf/matris ara yüzey dayanımını arttırdığı ve sağlamış olduğu çatlak tutulması, çatlak ucu körelmesi, çatlak sapma ve dallanmaları, çatlak oluşumunu geciktirmesi ve yavaşlatması, lokal plastik deformasyonlar ve arayüzey alanını artması gibi kırılma mekanizmları ile BTP/Epoksi kompozitlerin deniz suyu korozyon direncini arttırdığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, the effects of nano silica (SiO2 nanoparticle), MWCNT carbon nanotube and SiO2-MWCNT hybridizations of nanoparticles filling into epoxy matrixwere investigatedon the  impact behaviors of basalt fiber reinforced composite plates in seawater corrosion environment.  The seawater (mediterranean) corrosion times were determined as 0,10,20 and 40 days, and tensile and low velocity impact tests were carried out in accordance with ASTM D 3039 / D 3039M - ASTM D 7136M standards in this experimental study. It has been founded that while the 4% SiO2 nanoparticles for  the non-corroded nanoparticle-filled and unfilled BTP / Epoxy composites have provided an increase in tensile strength of about 27.7-29%, the hybridizations of 4% SiO2- 0.3% MWCNT nanoparticleshave contributed an increase in tensile strength of 20.6-23% and 0.3%MWCNT carbon nanotubes have increased the tensile strength at 13.5-18%.It has been observed that the increasing corrosion periods (10, 20 and 40 days) of nanoparticle filled and unfilled BTP / Epoxy composites in the seawater corrosion have decreased the tensile strengthes of them. With increasing seawater corrosion duration, the minimum decrease in average tensile strength at the end of 40 days was observed in 4% SiO2 nanoparticle-filled basalt fiber reinforced epoxy composite tensile specimens with anabout 14% reduction. Compositesthe most affected by seawater corrosion were found as nanoparticle unfilled  basalt fiber reinforced epoxy compositeswith an about 26.5% decrease  in tensile strength.
Low velocity impact experiments were performed at energy levels of 10j and 20j. SiO2 nanoparticle addition have been provided the best impact behavior at 10 J and 20 J energy levels and at the end of 0,10,20 and 40 days of corrosion periods and then SiO2-MWCNT hybridizated nanoparticles and  MWCNT carbon nanotubes have followed respectively. The bending and contact stiffness of the nanoparticle filled and unfilled BTP / Epoxy composites have been decreased by the increasing of the sea water corrosion periods. It has been seen that displacements of nanoparticle filled and unfilled BTP/Epoxy composites have also been increased by the increasing of seawater corrosion periods. SiO2 nanoparticle filled BTP / Epoxy composites have been the least affected nanocomposites from sea water corrosion environment. It has been commented that SiO2 nanoparticles has increased the fiber / matrix interface strength and corrosion resistance to sea water by the fracture mechanisms by cracking mechanisms such as the blunting of cracks, the blocking of cracks, the bowing and branching of cracks, returdant effects on the progressing cracks  and  crack formation, local plastic deformations and increase of interfacial area