Nanopartikül takviyeli kompozit malzemelerin kırılma tokluğuna hidrotermal yaşlandırma işleminin etkisi
The effect of hydrothermal aging on the cracking toughness of nanoparticle reinforced composite materials
Yazar: OĞUZHAN KOSALI
Danışman: DOÇ. DR. MEMDUH KARA
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Malzeme bilimi = Material science ; Nanoteknoloji = Nanotechnology

Özet:
Bu çalışmada, nanopartikül takviyeli ve takviyesiz kompozit borularda, kırılma tokluğu değerlerine hidrotermal yaşlandırma işlemiyle yaşlanma süresinin etkisinin belirlenmesi esas alınmış olup  nanopartikül takviyenin hidrotermal yaşlandırmaya karşı kompozit malzemeye kazandırdığı mekanik özellikler tespit edilmiştir.
Çalışmada, filaman sarım yöntemiyle %0,3 ağırlık oranında KNT takviyeli, %0,5 ağırlık oranında BN takviyeli, %0,3 ağırlık oranında KNT + %0,5 ağırlık oranında BN takviye edilmiş karbon elyaf epoksi kompozit malzemeler üretilmiştir. Bu üretilenler ve saf epoksili (nanopartikül takviyesiz) malzemeler, farklı sürelerde hidrotermal yaşlandırmaya maruz bırakılmıştır. Ayrıca çalışmalarda hidrotermal yaşlandırma yapılmamış malzemelerde kullanılmıştır. Tüm bu malzemelere Charpy darbe test cihazı ile kırılma tokluğu deneyi uygulanmıştır. Bununla birlikte hasara uğramış numunelerin hasar bölgeleri incelenerek değerlendirilmiştir.
Deneysel çalışmalar sonucunda; yaşlandırma işlemi yapılmamış takviyeli ve takviyesiz kompozit borulara ait numunelerin kırılma tokluğu değerleri incelendiğinde, nanopartikül ilavesinin matris-elyaf ara yüz bağlantılarını güçlendirdiği ve mekanik özellikleri geliştirdiği görülmektedir. Bunun yanında BN takviyesinin KNT takviyesine göre daha üstün mekanik özellik sağladığını, en üst mekanik özellik iyileşmesinin ise Hibrit kompozit borularda olduğu anlaşılmıştır. Bununla birlikte yaşlandırma işlemine maruz bırakılmış tüm numunelerde yaşlandırma süresinin artmasıyla yutulan enerji miktarının azaldığı gözlemlenmiş; ancak BN takviyeli kompozit numune hariç diğer numunelerde iki hafta yaşlandırma işlemi sonrasında kırılma tokluğu değerlerinin yaklaşık olarak sabit kaldığı gözlemlenmiştir. Takviyeli ve takviyesiz kompozit borulara ait numunelerin hasar görüntüleri incelendiğinde, vurucu darbenin etkisiyle numunelerin iç ve dış yüzeylerinde tabakalar arası ayrılmalar, elyaf kırılmaları, delaminasyon ve matris çatlakları görülmüştür.

Abstract:
In this study, the determination of the effect of aging time by hydrothermal aging process on fracture toughness values in nanoparticle reinforced and non-reinforced composite pipes was determined and the mechanical properties that nanoparticle reinforcement brought to the composite material against hydrothermal aging were determined.
In the study,  0.3% weight ratio CNT reinforced, 0.5% weight ratio BN reinforced, 0.3% weight ratio CNT + 0.5% weight ratio BN reinforced carbon fiber epoxy composite materials were produced by filament winding method. These manufactured and pure epoxy (non-nanoparticle reinforced) materials were subjected to hydrothermal aging at different times. In addition, materials that have not been hydrothermal aged were used in the studies. Fracture toughness test was applied to all these materials with Charpy impact tester. In addition, the damaged areas of the damaged samples were examined and evaluated. 				As a result of the experimental studies; when the fracture toughness values of the samples of reinforced and non-reinforced composite pipes are examined, it is seen that the addition of nanoparticles strengthens the matrix-fiber interface connections and improves the mechanical properties. In addition, it has been understood that BN reinforcement provides superior mechanical properties compared to CNT reinforcement and the highest mechanical property improvement is in Hybrid composite pipes. When the damage images of the samples belonging to reinforced and non-reinforced composite pipes are examined; Separations between layers, fiber breakages, delamination and matrix cracks were observed on the inner and outer surfaces of the samples due to the effect of the striking impact.