Farklı oryantasyonlardaki kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine deniz suyu etkisinin incelenmesi
Investigation of sea water effect on mechanical properties of composite materials in different orientations
Yazar: ERCÜMENT UĞUR YÜNCÜOĞLU
Danışman: PROF. DR. EYUP BAĞCI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Teknolojik gelişmelerin çok hızlı ilerlediği son yıllarda, gereksinim duyulan malzemeler ve özellikleri sürekli değişmekte, yeni malzeme türleri imal edilmekte ve bunların kullanım alanları artmaktadır. Bunlardan en önemlisi, metal malzemelere nazaran, yüksek mukavemet, hafiflik, korozyona karşı dayanıklılık ve iyi şekillenebilme gibi özelliklerden dolayı kompozit malzemelerdir. Son yıllarda kompozit malzemelerin, uçak, otomobil sanayi ve gemilerde yaygın olarak kullanılmasından dolayı, kompozit malzemeler üzerine yapılan çalışmalara hız verilmiştir. Birçok uygulamada kompozit malzeme temel ya da yardımcı malzeme olarak kullanılmaktadır. Kompozit malzemeler deniz endüstrisinde çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. Ancak deniz suyu ortamının kompozit malzemelerin mukavemeti üzerinde etkisi azımsanmayacak kadar kritiktir. Kompozit malzemelerin mukavemet özellikleri bir çok parametreye bağlıdır. Bu parametrelere katman sayısı, fiber cinsi, oryantasyon açısı, ortam etkisi (deniz suyu vb.) gibi örnekler verilebilir. Literatürde deniz suyu ortam etkisinin kompozit malzemelerin mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini araştıran çok az sayıda çalışma bulunmakta ve bu çalışmalarda birkaç parametrenin etkileri değerlendirilmiştir. 
Bu çalışmada deniz suyu ortam etkisinin ve kompozit üretim parametrelerinin malzeme mukavemet özellikleri üzerindeki etkilerinin daha ayrıntılı ve geniş bir kapsamda incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla vakum infüzyon yöntemi ile epoksi örgülü cam ve karbon takviyeli kompozit malzemeler farklı oryantasyon ve katman sayılarında üretilmiş ve ortam etkisini incelemek için ASTM D3039 standardına göre çekme testleri gerçekleştirilmiştir.  Numuneler 4 ve 8 katmanlı olmak üzere, [0/90]w, [45/-45]w, [30/-60]w ve [15/-75]w oryantasyonlarında üretilmiş ve kuru ortam, 1 ay, 3 ay ve 6 ay deniz suyunda şartlandırılarak 4 farklı ortama maruz bırakılmıştır. Ayrıca hazırlanan numunelerin çekme testleri farklı çekme hızlarında (2 mm/dk ve 10 mm/dk) yapılmıştır. Tam faktöriyel deney tasarımı yaklaşımıyla toplam 288 adet çekme testi gerçekleştirilmiş ve hasar tespiti için yüksek hızlı kamera ile görüntüler kaydedilmiştir. Böylece kuru ve deniz suyu ortamında bekletilmiş numunelerin farklı oryantasyonda ve katman sayılarındaki mukavemet davranışları değerlendirilmiştir. 
Sonuçlar her bir oryantasyon için tek tek değerlendirilmiş ve istatistiksel yaklaşım ile analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; cam takviyeli kompozit malzemelerin genel olarak karbon takviyeli kompozit malzemelere göre deniz suyuna karşı daha mukavim olduğu, katman sayısının arttırılmasının genel olarak çekme mukavemetini arttırdığı, çekme hızı ile çekme mukavemetinin doğru orantılı olduğu, en yüksek çekme gerilmesinin [0/90]w oryantasyonunda, en düşük çekme gerilmesinin ise [45/-45]w oryantasyonunda meydana geldiği bulunmuştur. Deniz suyunun uzun vadede kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine olumsuz yönde etki ettiği ve dayanım sınırlarında önemli oranda düşüşe sebep olduğu açıkca görülmüştür.

Abstract:
In recent years, when the technological developments have been progressing very rapidly, the materials and properties that are needed are constantly changing, new material types are produced and their usage areas are increasing. The most important of these are composite materials due to their high strength, lightness, resistance to corrosion and good formability compared to metal materials. In recent years, due to the widespread use of composite materials in aircraft, automobile industry and ships, studies on composite materials have been accelerated. In many applications, the composite material is used as a basic or auxiliary material. Composite materials are widely used in marine industry. However, the effect of the marine environment on the strength of composite materials is not so much. The strength properties of composite materials depend on many parameters. As an example of these parameters; number of layers, fiber type, orientation angle, medium effect, strain rate can be given. There are very few studies in the literature investigating the effects of seawater environment effect on the mechanical properties of composite materials, and the effects of several parameters have been evaluated in these studies.
In this study, it is aimed to investigate the effects of seawater environment effect and composite production parameters on material strength properties in a more detailed and broader scope. For this purpose, glass and carbon reinforced epoxy composite materials were produced with vacuum infusion method in different orientation and layer numbers, and tensile tests were performed according to ASTM D3039 standard to examine the effect of the environment. The samples were produced in 4 and 8 layers in orientations of [0/90]w, [45/-45]w, [30/-60]w, and [15/-75]w, they were exposed to 4 different environments by conditioning in sea water for dry environment, 1 month, 3 months and 6 months. In addition, tensile tests of the prepared samples were performed at different tensile speeds (2 mm/min and 10 mm/min). Total of 288 tensile tests were performed with a full factorial experimental design approach and images were recorded with a high-speed camera for damage detection. Thus, the strength behavior of samples kept in dry and sea water environment in different orientations and layers was evaluated.
The results were evaluated individually for each orientation and analyzed using a statistical approach. According to the results obtained; glass-reinforced composite materials are generally more resistant to sea water than carbon-reinforced composite materials, the increase in the number of layers generally increases the tensile strength, the tensile speed and tensile strength are directly proportional, the highest tensile stress [0/90]w orientation, the lowest tensile stress was found to occur in the [45/-45]w orientation. It has been clearly seen that sea water negatively affects the mechanical properties of composite materials in the long term and causes a significant decrease in strength limits.