Karbon fiber takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemelerin otoklav prosesi parametrelerinin porozite ve mekanik özelliklere etkisinin araştırılması
Investigation of the effects of autoclave process parameters on porosity and mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy matrix composite materials
Yazar: ÖMER ESMER
Danışman: DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basınç = Pressure ; Isınma = Warming ; Karbon fiber takviyeli polimer = Carbon fiber reinforced polymer ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Otoklav = Autoclav ; Porozite değişimleri = Porosity changes

Özet:
Savunma sanayi endüstrisinde özellikle karbon fiber takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemeler geleneksel malzemelere alternatif olarak kullanılmaktadır ve bu malzemelerin üretimi otoklav prosesi ile yapılmaktadır. Karbon fiber takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemelerde mekanik özellikler büyük ölçüde otoklav çevrimindeki kürlenme parametrelerine bağlıdır. Bu parametreler; kürlenme süresi, kürlenme sıcaklığı, ısınma hızı, soğuma hızı, otoklav basıncı, vakum v.b parametrelerdir. Maliyeti azaltmak ve yüksek kalitede kompozit yapı elde etmek için basınç, kürlenme süresi, ısınma hızı ve soğuma hızı sürdürebilirlik ışığında belirlenmelidir. Bu çalışmada, karbon fiber takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemelerde ısınma hızı, kürlenme süresi ve otoklav basıncının porozite ve mekanik özellikler yönünden etkileri incelenmiştir. Farklı ısınma hızları, farklı otoklav basınç değerleri ve kürlenme sürelerinin porozite ve mekanik özellikler üzerindeki etkileri için yedi adet kür çevrimi tasarlanmıştır. İlk üç kür çevriminin kürlenme süresi 120 dakika, otoklav basıncı 2,9 bar ve ısınma hızları sırasıyla 0,6°C, 2,2°C ve 3,9°C olarak seçilmiştir. Dördüncü ve beşinci kür çevrimlerinin otoklav basıncı 2,9 bar, ısınma hızı 2,2°C ve kürlenme süreleri 90 ve 150 dakika olarak seçilmiştir. Altıncı ve yedinci kür çevrimlerinin otoklav basınç değerleri ise sırasıyla 4,9 bar ve 6,9 bar, ısınma hızları 2,2°C ve kürlenme süreleri 150 dakika olarak seçilmiştir. Bu tezin amacı otoklav prosesindeki değiştirilen parametrelerin mekanik özelliklere etkisinin araştırılması ve kompozit malzeme üretimi yapan bir fabrikadaki en pahalı ekipmanlardan biri olan otoklavın yıllık enerji sarfiyatını minimum seviyede tutmak için elde edilen verilerin kullanılmasıdır.

Abstract:
Carbon fiber reinforced epoxy matrix composite materials have been used as alternative to conventional materials in defence industries and these materials produced by autoclave
process. Mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy matrix composite materials depend highly on curing parameters in the autoclave cure cycle. These parameters are curing time, curing temperature, heating up rate, cool down rate, autoclave pressure, vacuum etc. In order to reduce cost and to get high-quality composite structure, pressure, cure dwell time and heating up rate and cooling down rate should be determined in the light of sustainability. In this study, effects of heating up rate, cure dwell time and pressure on porosity and mechanical properties of carbon fiber reinforced epoxy matrix composite materials were investigated. Seven cure cycles were designed to evaluate the effects of different heating up rate, curing time and pressure on porosity and mechanical properties. The first three cure cycles cure dwell time was 120 minutes, pressure was 2,9 bar and heating up rates were selected as 0,6°C, 2,2°C and 3,9°C, respectively. Fourth and the fifth cure cycles heating up rate was 2,2°C, pressure was 2,9 bar and cure dwell times were selected as 90 and 150 minutes, respectively. Sixth and the seventh cure cycles heating up rate was 2,2°C, cure dwell time was 150 minutes and the pressure were selected as 4,9 and 6,9 bar respectively. The aim of this thesis is to investigate the effects of the changed parameters in the autoclave process on the mechanical properties and to use the data obtained to keep the annual energy consumption of the autoclave at a minimum level-which is one of the most expensive equipment in a factory producing composite materials.