SiC ve grafen nanopartikül katkılı karbon fiber takviyeli kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of SiC and graphene nanoparticle additived carbon fiber reinforced composite materiials
Yazar: NAİL YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. RECEP EKİCİ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, nanopartikül katkılı karbon fiber takviyeli polimer kompozitlerin mekanik özellikleri üzerine farklı nanopartikül katkıların ve katkı oranlarının etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada ilk olarak nanopartikül katkısı olmayan karbon fiber plaka vakum infüzyon tekniği ile üretilmiştir. Daha sonra matris malzemesine ağırlıkça %0.5, %1 ve %2 oranlarında önce grafen nanopartikülleri katılarak daha sonra silisyum karbür(SiC) nanopartikülleri katılarak 6 farklı plaka aynı yöntem ile üretilmiştir. Saf(katkısız) olarak ve aynı katkı oranlarını kullanarak hem fiber yöneliminde (0°) hem fiber yönelimine dik (90°) üretimler yapılmıştır. Üretilen nanokompozit plakalar yapılacak testin ASTM standartlarına göre uygun test ölçülerinde kesilerek numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan numunelere sırasıyla çekme, basma ve eğilme testleri uygulanmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Fiber yönünde üretilen nanokompozitlerde; çekme testinde %2 grafen, basma testinde %0.5 SiC nanopartikül ilavesi yapılan numuneler en iyi yük taşıma özelliğini göstermiştir. Fiber yönüne dik üretilen nanokompozitlerde ise matris dayanımı ön plandadır. Bu numunelerde nanopartikül katkısının malzemeyi gevrekleştirdiği, katkı oranı arttıkça yükü karşılama özelliğinin düştüğü sonucu ortaya çıkmıştır. Eğilme testinde %2 grafen katkısında olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Genel olarak nanopartikül katkısı ile üretilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinde olumlu artışlar gözlemlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Nanopartikül katkısı, karbon elyaf kompozitler, SiC, grafen, çekme dayanımı, basma dayanımı, eğilme

Abstract:
In this thesis, the effects of different nanoparticle additives and additive ratios on the mechanical properties of nanoparticle additived carbon fiber reinforced polymer composites were experimentally investigated. Firstly, carbon fiber plate without nanoparticle additive was produced by vacuum infusion technique. Then, by adding 0.5%, 1% and 2% by weight graphene nanoparticles to the matrix material, and then silicon carbide (SiC) nanoparticles, 6 different plates were produced with the same method. Productions were made in both the fiber direction (0°) and perpendicular to the fiber (90°) direction, using the same filling ratios and pure(without additives). Samples were prepared by cutting the produced nanocomposite plates in test sizes in accordance with the ASTM standards of the test to be performed. Tensile, compression and bending tests were applied to the prepared samples, respectively, and the results were evaluated. In nanocomposites produced in fiber direction; The samples with the addition of 2% graphene in the tensile test and 0.5% SiC nanoparticles in the compression test showed the best load carrying properties. In nanocomposites produced perpendicular to the fiber direction, the matrix strength is at the forefront. In these samples, it was concluded that the addition of nanoparticles had made the material more brittle, and as the additive ratio increased, the load bearing ability decreased. In the bending test, positive results were obtained with 2% graphene additive. In generally, positive increases were observed on the mechanical properties of composite materials produced with nanoparticle additives.

Keywords: Nanoparticle additive, carbon fibre composites, SiC, graphene, tensile strength, compressive strength, bending