Kompozit matris malzemesi olarak poli(amid-imid) reçine üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of poly(amide-imide) resin-based composite matrix material
Yazar: FİLİZ AYDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ÇAKIR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Mühendislik malzemelerinde kullanıldığı yere göre değişiklik gösteren mukavemet, düşük yoğunluk, çevresel koşullara uygunluğu ve tokluk gibi temel özelliklerinin yanında zamana bağlı yorulma, darbe mukavemeti, çatlama, eğilme ve kimyasal direnç gibi özelliklerde de uygunluk aranmaktadır. Arzu edilen tüm özellikleri tek bir malzemede toplamak oldukça zor rastlanan bir durum olduğundan, sundukları avantajlar ve çeşitlilikler sebebi ile günümüz dünyasında pek çok mühendislik uygulamalarında kompozit malzeme üretimi tercih edilmektedir. 
Bu çalışma, poli(amid-imid) reçine esaslı kompozit matris malzemesinin üretimi ve karakterizasyonunu ele almaktadır. Poli(amid-imid) reçinenin sentezi, trimelitik anhidrit (TMA), piromellitik dianhidrit (PMDA), metanol ve uygun çözücülerin gerekli koşullarda reaksiyonuyla gerçekleştirilmiştir. Sentez aşamaları, sırasıyla çözücü seçimi, reaksiyon sıcaklığı ve süresi gibi parametrelerin dikkatli kontrolü ile optimize edilmiştir. Tüm parametreler belirlenip %0, %10, %20, %30, %40, %50, %60, %80 ve %100 PMDA kullanarak elde edilen reçinenin kimyasal yapısı, FT-IR spektroskopisi kullanılarak doğrulanmıştır. Reçine tabanlı kompozit malzeme, karbon elyaf takviyesi ile güçlendirilmiştir. Malzeme hazırlık süreci, reçine ve takviye malzemelerinin homojen bir şekilde dağılımını sağlamak için vakum infüzyon yöntemi ile standartlaştırılmıştır.
Elde edilen matris malzemeleri, termal kararlılık analizi için Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analizlerine tabi tutulmuştur. Bu testler ile malzemenin ısıl işlem sırasında maruz kalabileceği koşullardaki davranışları değerlendirilmiştir. Kompozitin mekanik özellikleri, eğilme ve ILSS deneyleri ile belirlenmiştir. Elde edilen veriler, malzemenin dayanıklılığını, elastikiyet modülünü ve kırılma tokluğunu göstermektedir. Yüzey morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Bu analizler, kompozit malzemenin mikroyapısının homojenliği ve takviye malzemelerinin dağılımı hakkında önemli bilgiler sağlamıştır.
Sonuç olarak, bu çalışma, poli(amid-imid) reçine temelli kompozit matris malzemesinin üretimi ve karakterizasyonunu kapsamlı bir şekilde ele almaktadır. Elde edilen veriler, malzemenin potansiyel endüstriyel uygulamalarını ve gelecekteki araştırmaları desteklemektedir.

Abstract:
In engineering materials, properties such as strength, low density, environmental compatibility, and toughness vary depending on their usage. In addition to these fundamental properties, characteristics such as time-dependent fatigue, impact strength, cracking, bending, and chemical resistance are also sought. Since it is quite challenging to combine all desired properties into a single material, composite material production is preferred in many engineering applications in today's world due to the advantages and diversities they offer.
This study addresses the production and characterization of a composite matrix material based on poly(amide-imide) resin. The synthesis of polyamide-imide resin was achieved through the reaction of trimellitic anhydride (TMA), pyromellitic dianhydride (PMDA), methanol, and appropriate solvents under the required conditions. The synthesis stages were optimized through careful control of parameters such as solvent selection, reaction temperature, and duration. The chemical structure of the resin obtained using 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 80%, and 100% PMDA was confirmed using FT-IR spectroscopy. The resin-based composite material was reinforced with carbon fiber. The material preparation process was standardized using vacuum infusion method to ensure homogeneous distribution of resin and reinforcement materials.
The obtained composite material underwent TGA (Thermogravimetric Analysis) and DSC (Differential Scanning Calorimetry) tests for thermal stability and behavior analysis. These tests evaluated the behavior of the material under conditions it may encounter during thermal processing. Mechanical properties were determined through bending and ILSS (Interlaminar Shear Strength) tests. The obtained data demonstrate the durability, modulus of elasticity, and fracture toughness of the material. Surface morphology was examined using scanning electron microscope (SEM). These analyses provided important insights into the homogeneity of the composite material's microstructure and the distribution of reinforcement materials.
In conclusion, this study comprehensively addresses the production and characterization of poly(amide-imide) resin-based composite matrix material. The obtained data support the potential industrial applications of the material and future research endeavor.