Havacılık ve uzay endüstrisine yönelik silan modifikasyonlu nanokalsit (CaCO3) partiküller ile güçlendirilmiş yüksek performanslı karbon fiber/epoksi nanokompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of high performance carbon fiber/epoxy nanocomposites reinforced with silane modified nanocalcite (CaCO3) particles for the aviation and space industry
Yazar: ŞEYMA NUR DURUKAN
Danışman: DOÇ. DR. BERTAN BEYLERGİL
Alanya Alaaddin Keykubat Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Kalsit = Calcite ; Karbon fiber takviyeli polimer = Carbon fiber reinforced polymer ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polimer kompozitler = Polymer composites ; Stres-mekanik = Stress-mechanical ; Tabakalı kompozit levhalar = Laminated composite plates ; Tabakalı kompozitler = Laminated composites

Özet:
Bu çalışmada, nano-CaCO3 partiküller, 3-glisidiloksipropil trimetoksisilan (3-GPTMS) ile modifiye edilmiştir. Ağırlıkça farklı oranlarda (%1.0, 3.0 ve 5.0) silan modifikasyonlu nano-CaCO3 içeren karbon fiber/epoksi kompozit plakaların (KF-EP-MC) üretimleri VARTM yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Silan modifikasyonlu nano-CaCO3 partiküllerin mekanik performansa etkilerini ortaya koymak amacıyla, numunelere çekme, üç-nokta eğme, çift-ankastre kiriş (DCB) ve son-çentik eğme testleri (ENF), kısa kiriş kayma, basma testleri ve Charpy-darbe deneyleri yapılmıştır. 
Silan yüzey modifikasyonlu nano-CaCO3 partikül ilavesinin (ağırlıkça %5) kontrol grubu kompozitlerin Mod-I, Mod-II kırılma tokluğu değerlerini %18.5 ve %26.8 oranında arttırdığı gösterilmiştir. Ağırlıkça %3 silan yüzey modifikasyonlu nano-CaCO3 ilavesi, kompozitin darbe mukavemetini %22 oranında arttırmıştır. Eğme özellikleri açısından optimum silanlanmış partikül oranı %5 olarak belirlenmiştir. %5 silan modifikasyonlu nano-CaCO3 ilavesi kontrol grubu KF/EP kompozitlerin eğme modül ve mukavemet değerlerinde sırasıyla %16.8 ve %13.6'lük artış sağlamıştır. Buna ek olarak, basma modül ve mukavemet değerlerini sırasıyla %62.3 ve %33.5 oranında önemli artış sağlamıştır. Bu kompozitlerin ILSS değeri, referans kompozitlere göre yaklaşık %20 daha yüksektir. Silan modifikasyonlu kalsit ilavesi kompozit sistemin dinamik modül ve tandelta değerlerini sırasıyla %15.3 ve %36.6 oranında arttırmıştır. Kalsit ilavesinin kompozitin camsı geçiş sıcaklığında önemli bir etkisinin olmadığı gözlemlenmiştir. Kullanılan nano-CaCO3 partiküller, kompozitteki matris hasar miktarını düşürmektedir.

Abstract:
In this thesis, nano-CaCO3 particles were modified with (3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane (3-GPTMS) to improve mechanical, thermal performance and dimensional stability of carbon fiber/epoxy composites. Silane-modified nano-CaCO3 (wrt. epoxy. 1, 3, 5 wt.) reinforced carbon fiber/epoxy nanocomposite systems (KF-EP-MC) were manufactured by VARTM process. Tensile, three-point bending, compression, short-beam shear, Mode-I (DCB) and Mode-II fracture toughness (ENF) and Charpy impact tests were carried out on the prepared composite specimens. It was shown that the silane-modified nano-CaCO3 particles with a loading ratio of 5 wt. % could improve the Mode-I and Mode-II fracture toughness of the control group CF/EP composites by about 18.5% ve 26.8 %, respectively. It was also shown that the silane-modified nano-CaCO3 particles with a loading ratio of 3 wt. % could improve the Charpy impact strength by about 22%. The optimum amount of silane-modified nano-CaCO3 particles inside the epoxy resin was determined as 5 wt. % for the highest improvement in the flexural properties. The flexural modulus and strength values increased by about 16.8% ve 13.6%, respectively. The incorporation of 5 wt. %s silane modified nanocalcite particles into carbon fiber/epoxy composites led to significant increase in compressive modulus and compressive strength values by about %62.3 ve %33.5, respectively. The ILSS was found to be 20% higher than that of the reference composites. The storage modulus and the tandelta values of the composites were increased by about 15.3 % ve 36.6%, respectively, with the integration of 5% wt. silane modified nano-CaCO3 particles. The nano-CaCO3 had no significant effect on the glass transition temperature of the composites.