Grafen ve bor nitrür takviyeli epoksi reçine ile hibrit nanokompozit üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of hybrid nanocomposite with graphene and boron nitride reinforced epoxy resin
Yazar: MAHİDE BETÜL ÖZTÜRKMEN
Danışman: PROF. DR. NURSEL DİLSİZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ YAHYA ÖZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu yüksek lisans tezi kapsamında, akademi dünyasında son zamanlarda araştırmalara konu olan 2 boyutlu malzeme sınıfından grafen (GNP) ve grafen benzeri özelliklere sahip nano malzeme olan hegzagonal bor nitrür (h-BN) kullanılarak elde edilen hibrit karışımın epoksi reçine içerisine katkılandırılarak epoksi reçinenin termal ve elektriksel olarak iletken hale getirilmesi amaçlanmıştır. Üretimde kullanılacak olan nanomalzemeler kristal yapılarının incelenebilmesi için XRD analizine tabii tutulmuştur. Buna ek olarak, deneysel çalışmalara başlamadan önce bir deney tasarım yöntemi kullanılarak deneyler planlanmıştır. Bu çalışma kapsamında kütlece %0,1, %0,25, %0,5 ve %1 katkılama oranlarında nanomalzemeler epoksi reçine içerisine üç merdaneli değirmen kullanılarak karıştırılarak, kürlendirilmiştir. Üretilen GNP/epoksi, h-BN/epoksi ve GNP/h-BN/epoksi nanokompozitlerinin SEM, FTIR, TGA, DSC, Termal iletkenlik, Elektriksel İletkenlik ve Üç nokta eğme testleri yapılmıştır. Analizler sonucunda, termal iletkenliğin kütlece %1 GNP ve %1 h-BN takviye edilmiş hibrit nanokompozitte %9,3 arttığı gözlemlenmiştir. Aynı zamanda, elektriksel özellikler incelendiğinde düşük katkılama oranlarında (%0,1 ve %0,25) eşik değerine ulaşılmıştır. GNP takviyesinin artmasıyla elektriksel iletkenlik değerlerinde kayda değer artış olduğu gözlemlenmiştir, yaklaşık 103 S/m olarak bu değer belirlenmiştir. Bununla birlikte, katkılama oranının yüzdesine eğilme mukavemeti üzerindeki etkisi de oldukça büyük öneme sahip olup, saf epoksiye kıyasla %0,1 h-BN/epoksi nanokompozitinde %58 artış gözlemlenmiştir. Bu çalışma kapsamında üretilen hem saf hem hibrit nanokompozitlerin iyileştirilmiş özellikleri ile zorlu ortamlarda ve elektrostatik yayılım, elektrostatik boyama, elektromanyetik kalkanlama, yalıtım malzemeleri, yapısal parçalar vb. çeşitli havacılık uygulamaları için kullanılabilir olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this master's thesis, it is aimed to make the epoxy resin thermally and electrically conductive by reinforcement the hybrid mixture obtained by using graphene and hexagonal boron nitride, a nanomaterial with graphene-like properties, which has been the subject of research in the academic world recently. Nanomaterials to be used in production were subjected to XRD analysis in order to examine their crystal structures. In addition, experiments were planned using an experimental design method before starting the experimental studies. Within the scope of this study, nanomaterials at reinforcement ratios of 0.1%, 0.25%, 0.5% and 1% by weight were mixed into epoxy resin using a three-roll mill and then they were cured. SEM, FTIR, TGA, DSC, thermal conductivity, electrical conductivity and three point bending tests of the produced GNP/epoxy, h-BN/epoxy and GNP/h-BN/epoxy nanocomposites were performed. As a result of the analysis, it was observed that the thermal conductivity increased by 9.3% in the hybrid nanocomposite reinforced with 1% GNP and 1% h-BN by weight. At the same time, when the electrical properties were examined, the percolation threshold was reached at low reinforcement ratios (0.1% and 0.25%). It was observed that there was a significant increase in electrical conductivity values with the increase of GNP addition, this value was determined as approximately 103 S/m. However, the effect of percentage of reinforcement on flexural strength is also of great importance, with a 58% increase in 0.1% h-BN/epoxy nanocomposite compared to pure epoxy. It has been concluded that both pure and hybrid nanocomposites produced within the scope of this study can be used in harsh environments and for various aerospace applications such as electrostatic dissipation, electrostatic painting, electromagnetic shielding, insulation materials, structural parts, etc., with their improved properties.