Üzerine kalıplama ile üretilmiş termoset kompozit – termoplastik yapılarda arayüzeyin geliştirilmesi
Improvement of the interface in thermosetting composites - thermoplastic structures produced through overmolding
Yazar: NURSEL KARAKAYA
Danışman: PROF. DR. GÜRALP ÖZKOÇ ; PROF. DR. MELİH PAPİLA
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Son yıllarda karbondioksit emisyonunu kontrol altına alabilmek amacıyla araç ağırlığı ve yakıt tüketimini azaltmak için, kompozit malzemelerin yaygın kullanımı gündeme gelmiştir. Buna yönelik olarak, yapılan bu çalışmada yapısal parçalarda kullanılabilecek hibrit yapıların üretimini sağlamak için alternatif bir bağlantı yöntemi olarak, termoset kompozitlerle termoplastiklerin üzerine kalıplama prosesi kullanılarak birleştirilmesi incelenmiştir. Bu kapsamda, termoplastik olarak poliamid-6 (PA6) ve termoset kompozit olarak ise cam ve karbon elyaf takviyeli epoksi bazlı kompozit kullanılmıştır.  Çalışmanın ilk aşamasında, arayüzey yapışmayı etkileyen üç ana faktör incelenmiştir: takviye edici elyaf türü (karbon ve cam), kalıplama işlemi sırasında kullanılan kalıplama sıcaklığı (30oC ve 80oC) ve pürüzlülük amacıyla soyma kumaşının kompozit yüzeye uygulanması. Yapılan deneysel çalışmalar, soyma kumaşı uygulaması, daha yüksek kalıp sıcaklığı (80oC) ve karbon elyaf takviyeli kompozit yüzeyin daha iyi yapışma ile sonuçlandığını ortaya koymuştur. İkinci aşamada, hibrit yapının arayüzeyinde sıcak eriyik formunda yapıştırıcı uygulamasının etkisi araştırılmıştır. Deney sonuçları, sıcak eriyik tipi ve yapıştırıcı kalınlığının, hibrit bağlantı performansı üzerindeki etkilerini vurgulamıştır. Termoplastik poliüretan (TPU) bazlı sıcakta eriyen yapıştırıcı, tek tesirli bindirme testi ve DMA analizinden elde edilen bulgulara göre diğerlerine (kopoliesterler, poliolefin) kıyasla daha iyi yapışma özellikleri sergilemiştir. Optik mikroskop ve SEM ile görüntülenen kırılma yüzeyleri de bu parametrelerin sinerjik etkisini doğrulamıştır. Genel sonuç olarak, arayüzey kimyasının uygun olması halinde, üzerine enjeksiyon teknolojisinin termoset kompozitlerin termoplastik hibrit yapıların üretimi için kullanım potansiyeli taşıdığı kanaatine varılmıştır.

Abstract:
In recent years, widespread use of composite materials seems to be a practical and promising solution for fuel economy and reduction of vehicle weight in order to keep carbon dioxide emission under control. For this purpose, in this study overmolding of thermoplastics on thermoset composites was investigated as an alternative joining method in order to enable production of hybrid structures. Polyamide-6 (PA6) was used as thermoplastic; glass and carbon fiber reinforced composites were used as thermoset composites. In the first phase of this thesis, three main factors affecting the interface adhesion were studied: type of reinforcing fiber (carbon and glass), moulding temperature during overmolding process (30oC and 80oC), and application of peel ply on composite surface for the purpose of roughness. Overall testing studies reveal that, peel ply application, higher mould temperature (80oC) and composite surface with carbon fiber reinforcement resulted in better adhesion. In the second phase, the influence of hot melt adhesive application at the interface between the thermoset composite and thermoplastic part was investigated. The experimental scheme highlighted the effects of hot melt type and adhesive layer thickness on the performance of these hybrid joints. Thermoplastic polyurethane (TPU) based hot melt adhesive performed better adhesion characteristics among others (copolyesters, polyolefin) according to findings from single lap shear test and DMA analysis. The fracture surfaces observed with optical microscopy and SEM also confirmed the synergistic effect of these parameters. It can be concluded that, if proper interface chemistry is achieved, overmolding technology has great potential to be used for production of thermoset composite - thermoplastic hyrid structures.