Polimer matris kompozit malzemelerde çeşitli bor bileşiklerinin katkısının mekanik ve termal özellikler üzerine etkisi
The effect of additives of various boron compounds on mechanical and thermal properties of polymer matrix composite materials
Yazar: MERVE BİLGE
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ ÖZGEDİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada karbon fiber kompozit malzemelerin mekanik dayanıklılığını ve termal özelliklerini iyileştirmek amacıyla hegzagonal bor nitrür ve çinko borat bileşikler farklı oranlarda (%0,5 , %1 , %1,5) kullanılarak hazırlanan termoset epoksi reçine vakum infüzyon yöntemi ile karbon fiber kumaşlara emdirilmiştir. Kürlenme sonrası elde edilen karbon fiber kompozit plakalardan CNC tezgahı ile çekme testi için ASTM 3039, eğme testi için ASTM D790 standartlarına göre numuneler hazırlanmıştır. Yapılan çekme, eğme testi sonuçlarına göre katkısız kompozit plakada ortalama çekme gerilmesi 628,75 iken %1,5 çinko borat katkılı plakada 748,84MPa iken %1,5 hBN katkılı plakada ise 872,41MPa sonucu elde edilmiştir. Eğme gerilmesi değeri katkısız numunede 686,51MPa iken %1,5 çinko borat katkılı plakada 708,42MPa, %1,5hBN katkılı plakada ise 911,93MPa değerine ulaşılmıştır. Borlu bileşikler kıyaslandığı zaman mekanik dayanım değeri hBN de daha yüksek olduğu görülmektedir. hBN mekanik özellikler doğrultusunda daha etkili olmuştur. XRD sonuçlarına bakıldığında bor bileşiklerin katkı oranlarına bağlı olarak kristal çinko borat ve hegzagonal bor nitrür piklerinin oluştuğu görülmektedir. Diferansiyel termal analiz testinde (DTA-TG) sonuçlara bakıldığında kütle değişim oranlarının katkı oranları ile tersine özellik göstermektedir. Referans numunede kütle kaybı %47,8 iken %1,5 hBN katkısı ile kütle kaybı ise %38,7 , %1,5 çinko borat katkısı ile kütle kaybı %36,4 olarak ölçülmüştür. Limit oksijen indeks (LOI) testinde çinko borat katkısında katkı oranı arttıkça LOI değerinde de artış görülmüştür. Referans numune LOI değeri %25,6 iken %1,5 çinko borat katkısı ile LOI değeri %26,6 değerinde ölçülmüştür. Yapılan tüm çalışmalar sonucunda hegzagonal bor nitrür ve çinko borat katkısının mekanik özellikleri iyileştirdiği görülmüştür. Termal özelliklerine bakıldığında çinko borat katkısının LOI değerinde katkı oranına bağlı olarak artış sağlamış, DTA-TG sonuçlarında bor katkısına bağlı olarak ters orantılı bir değişim görülmüştür.

Abstract:
In this study, in order to improve the mechanical strength and thermal properties of carbon fiber composite materials, hexagonal boron nitride and zinc borate compounds were used in different ratios (0,5%, 1%, 1.5%), and thermoset epoxy resin was impregnated into carbon fiber fabrics by vacuum infusion method. From the carbon fiber composite plates obtained after curing, samples were prepared by CNC machine according to ASTM 3039 for tensile test and ASTM D790 for bending test. According to the results of the tensile and bending test, the average tensile stress was 628.75 in the undoped composite plate, while it was 748.84MPa in the 1.5% zinc borate added plate, while it was 872.41MPa in the 1.5% hBN added plate. While the bending stress value was 686.51MPa in the undoped sample, it was 708.42MPa in the 1.5% zinc borate added plate and 911.93MPa in the 1.5%hBN added plate. When the boron compounds are compared, it is seen that the mechanical strength value is higher in hBN. hBN was more effective in terms of mechanical properties. When the XRD results are examined, it is seen that crystalline zinc borate and hexagonal boron nitride peaks are formed depending on the additive ratios of the boron compounds. When the results of the differential thermal analysis test (DTA-TG) are examined, the mass change ratios show the opposite feature with the contribution ratios. While the mass loss in the reference sample was 47.8%, the mass loss was 38.7% with the 1.5% hBN additive, and 36.4% with the 1.5% zinc borate additive. In the limit oxygen index (LOI) test, an increase was observed in the LOI value as the additive ratio increased in the zinc borate additive. While the LOI value of the reference sample was 25.6%, the LOI value was measured at 26.6% with the addition of 1.5% zinc borate. As a result of all the studies, it was seen that the hexagonal boron nitride and zinc borate additives improved the mechanical properties. Considering its thermal properties, the LOI value of the zinc borate additive increased depending on the additive ratio, and an inversely proportional change was observed in the DTA-TG results depending on the boron additive.