Elastomer takviyeli epoksi kompozitlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of elastomer reinforced epoxy composites
Yazar: SÜLEYMAN BURAK DORUK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLHAN ÜRKMEZ TAŞKIN
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Polimer kompozit malzemeler savunma sanayi başta olmak üzere havacılık, uzay, tıp ve otomotiv sektöründe sıklıkla kullanılmaktadır. Polimer esaslı kompozit malzemelerin tercih edilmesinin en büyük sebebi yüksek dayanım / hafiflik oranına sahip olmalarıdır. Günümüzde yaygın olarak elyaf takviyeli kompozit malzemelerle ilgili çalışmalar olmasına karşın parçacık takviyeli polimer kompozitler hakkında kapsamlı çalışmalar yeterince incelenmemiştir. Elyaf takviyeli polimer kompozit malzelerden yüksek mukavemet, yüksek sertlik, çekme dayanımı ve yüksek özgül modül elde edilebilmektedir. Ancak bu malzemelerin gevrek davranışı hala önemli bir araştırma konusu olup özellikle parçacık takviyeli polimer kompozitlerin elastik davranışları ve takviye /matris arayüz modül uyumluluğunu inceleyen çalışma sayısı oldukça azdır. Mevcut polimer kompozitlerin görece yüksek yoğunlukları ve gevrek davranışa sahip olması; hafif, yüksek dayanımlı alternatif polimer   kompozit malzemelerin üretilmesi ve ayrıca bu malzemelere yüksek darbe dayanımı ile birlikte esnek davranış kazandırılmış ve mekanik özellikleri kontrol edilebilir polimer kompozitlerin üretilebilecek olması gelecek çalışmalar için oldukça motive edicidir. 
Bu çalışmada epoksi reçinenin içine farklı oranlarda NBRp tozu katılarak elde edilen Epoksi/NBRp polimer kompozitlerinin epoksi matris malzeemesine nazaran gevrekliğinin azaltılması, darbe tokluğunun arttırılması ve elastik davranışın kontrol edilebilirliğinin araştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca elastomer takviyesi ile epoksi matrisin modül uyuşmazlığını minimize etme amacı ile yüzey modifikasyonu uygulaması ve Epoksi/NBRp kompozitlerinin elastik davranışındaki ve diğer mekanik özelliklerindeki değişimi, takviye boyutuna ve oranına bağlı olarak incelemek hedeflenmiştir. Takviye malzemesi olarak Nitril kauçuk (NBR) ve matris olarak Epoksi reçine seçilmiş farklı boyuttlarda ve oranlarda takviyelendirilerek Epoksi/NBRp polimer kompozit malzemeler sıvı karıştırma yöntemi ile hazırlanmıştır.
Çalışmada takviye malzemesi olarak üç farklı boyutta (<200 μm, 200-500 μm, 500-800 μm) yüksek molekül ağırlığa sahip NBRp tozları hem modifiye edilerek hem de modifiyesiz olarak kullanılmıştır.
Epoksi/NBRp kompozit malzemelere mekanik testler (çekme, üç noktadan eğme, sertlik ve çentik darbe) uygulanmıştır. Testler sonrasında hasar görmüş kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobunda (SEM) incelenmiştir. 
Mekanik testler sonucunda; üretilen Epoksi/NBRp kompozitlerinde mekanik özelliklerin takviye boyut ve oranlarına bağlı olarak değişim gösterdiği gözlenmiştir. Sonuçlar; takviye modifikasyonu işlemlerinin başarıldığı ve takviye matris arayüz bağının geliştirildiğini göstermiştir. Sertlik, çekme, darbe ve eğilme testleri sonucunda yüzey modifikasyon işlemi yapılmış 200-500 µm boyutundaki NBRp ile %9 oranında takviye edilen Epoksi/NBRp kompozitlerinin maksimum çekme ve eğilme dayanımına sahip olduğu (sırasıyla 35 MPa ve 49,61 MPa), kopma uzamalarının sırasıyla 1,45 ve 2,81 değerleri ile 200-500 µm boyutuna ve %12 NBR takviye oranına sahip kompozit malzemeler olduğu görülmüştür. NBR/Epoksi kompozit malzemelerden darbe dayanımı en yüksek olan 1,978 Joule ile %21 kauçuk takviye oranlı 200-500 µm boyutundaki kompozit malzemelerdir.

Abstract:
Polymer composite materials are frequently used in the aerospace, aerospace, medicine and automotive sectors, especially in the defense industry. The main reason why polymer-based composite materials are preferred is that they have a high strength / lightness ratio. Although there are studies on fiber-reinforced composite materials today, comprehensive studies on particle-reinforced polymer composites have not been adequately examined. High strength, high hardness, tensile strength and high specific modulus can be obtained from fiber reinforced polymer composite materials. However, the brittle behavior of these materials is still an important research topic, and the number of studies examining the elastic behavior and reinforcement/matrix interface module compatibility of particle-reinforced polymer composites is very few. The relatively high densities and brittle behavior of existing polymer composites; It is very motivating for future studies to produce lightweight, high-strength alternative polymer composite materials and also to produce polymer composites with high impact resistance, flexible behavior and controllable mechanical properties.
In this study, it was aimed to reduce the brittleness, increase the impact toughness and control the elastic behavior of Epoxy/NBRp polymer composites obtained by adding NBRp powder at different rates into the epoxy resin compared to the epoxy matrix material. In addition, it is aimed to examine the application of surface modification and the change in the elastic behavior and other mechanical properties of Epoxy/NBRp composites, depending on the reinforcement size and ratio, with the aim of minimizing the module mismatch of elastomer reinforcement and epoxy matrix. Nitrile rubber (NBR) as reinforcement material and Epoxy resin as matrix were chosen and Epoxy/NBRp polymer composite materials were prepared by liquid mixing method by reinforcing in different sizes and proportions.
In the study, NBRp powders with high molecular weight in three different sizes (<200 μm, 200-500 μm, 500-800 μm) were used as reinforcement material, both modified and unmodified.
Mechanical tests (tensile, three-point bending, hardness and notch impact) were applied to epoxy/NBRp composite materials. After the tests, the damaged fracture surfaces were examined under a scanning electron microscope (SEM).
As a result of mechanical tests; It has been observed that the mechanical properties of Epoxy/NBRp composites produced vary depending on the reinforcement size and ratio. Results; showed that the reinforcement modification processes were achieved and the reinforcement matrix interfacial bond was improved. Epoxy/NBRp composites reinforced by 9% with 200-500 µm sized NBRp, surface modified as a result of hardness, tensile, impact and bending tests, have maximum tensile and bending strengths (35 MPa and 49.61 MPa, respectively), elongation at break, respectively. It has been observed that composite materials with 1.45 and 2.81 values, 200-500 µm size and 12% NBR reinforcement ratio. They are composite materials of 200-500 µm size with a rubber reinforcement ratio of 21% with 1,978 Joules, which have the highest impact resistance among NBR/Epoxy composite materials.