Doğal lif takviyeli partikül dolgulu polimer matrisli kompozitlerin mekanik ve tribolojik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the mechanical and tribological behaviors of natural fiber reinforced particle filled polymer matrix composites
Yazar: YUSUF EREN ERDOĞDU
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN TEMİZ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, genellikle inşaat sektöründe yalıtım amaçlı kullanılan ve bir elastomer olan poliaspartik poliüre malzeme, matris olarak kullanılarak nano dolgulu doğal elyaf takviyeli kompozitler üretilmiştir. Nano dolgu olarak ağırlıkça farklı oranlarda TiO2 ve GNP kullanılırken, doğal elyaf olarak yıllık bir bitki olan jütün liflerinden dokunmuş, düz örgü tipi kumaş kullanılmıştır. Vakum destekli reçine transfer kalıplama yöntemiyle kompozit plakalar üretilmiş ve bu yöntemle GNP dolgulu kompozitler üretirken karşılaşılan güçlüklere bazı değişiklikler yaparak çözüm üretilmeye çalışılmıştır. Üretilen plakalardan uygun ebatlarda numuneler kesildikten sonra mekanik özellikleri incelemek amacıyla oda sıcaklığında çekme, üç nokta eğilme, kenara dik ve yüzeye dik çentiksiz charpy darbe testleri uygulanmıştır. Tribolojik özellikleri incelemek amacıyla ise farklı yüksek sıcaklık seviyelerinde ve farklı yükler altında pim-disk tipi bir tribotest cihazı kullanılarak aşınma testleri uygulanmıştır. AISI 4140 ıslah çeliği karşı yüzeyinde, kuru sürtünme ortamında yürütülen aşınma testleri sırasında termal kamera yardımıyla ara yüz sıcaklıkları takip edilmiştir. Sürtünme katsayılarındaki değişim yük hücresi yardımıyla takip edilmiştir. Ayrıca aşınmadan dolayı gerçekleşen ağırlık kaybı hassas terazi yardımıyla takip edilerek  spesifik aşınma oranları hesaplanmıştır. Daha sonra elde edilen veriler kıyaslanarak yorumlanmıştır. Testler sonrasında çekme testi numunelerinin kopma hasarlı bölgelerinde, aşınma testi numunelerinin temas yüzeylerinde ve metal karşı yüzeyde taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji yayılımlı X-ışını (EDX) analizleri yapılarak farklı dolgu oranlarının mekanik ve tribolojik özelliklere etkileri morfolojik ve yapısal olarak yorumlanmıştır. 
Poliaspartik poliüre matrisine nano dolgu yapılmasının belirli optimal durumlarda kompozitlerin mekanik ve tribolojik özelliklerini geliştirdiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, nano-filled natural fiber reinforced composites were produced by using polyaspartic polyurea material, which is an elastomer and generally used for insulation purposes in the construction industry, as a matrix. Different proportions of TiO2 and GNP were used as nano fillers, and plain weave type fabric, woven from an annual plant, jute fibers, was used as natural fibers. Composite plates were produced by the vacuum-assisted resin transfer molding method and a solution was tried to be created by making some changes to the difficulties encountered while producing GNP filled composites with this method. Tensile, three-point bending, unnotched edgewise and flatwise charpy impact tests were applied to examine the mechanical properties after cutting samples in appropriate sizes from the produced plates. In order to examine the tribological properties, wear tests were carried out using a pin-on-disc type tribotest device at different high temperature levels and different loads. During wear tests carried out in dry friction environment on the AISI 4140 steel counter surface, the change in  the interface temperatures were monitored with the help of a thermal camera. The change in friction coefficents were followed by using load cell. In addition, weight loss due to wear was monitored with the help of precision scales and specific wear rates were calculated. Then the obtained data were compared and interpreted. After the tests, scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analyzes were performed on the tensile damaged areas of the tensile test specimens, the contact surfaces of the wear test specimens and the metal counter surface, and the effects of different filling ratios on the mechanical and tribological properties were interpreted morphologically and structurally.

It has been observed that nano-filling of polyaspartic polyurea matrix improves the mechanical and tribological properties of composites in certain optimal conditions.