Elektro eğirme yöntemiyle üretilmiş çok cidarlı karbon nanotüp (ÇCKNT) katkılı polivinil alkol (PVA) nanoelyaf takviyeli nanokompozit levhaların üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Production and mechanical properties of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTS) added polyvinly alcohol (PVA) nanofiber reinforced nanocomposite plates produced by electrospinning method
Yazar: FATİH YILDIRIM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜRSEL EKREM
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektro eğirme yöntemiyle üretilmiş olan Polivinil Alkol (PVA) nanoelyaf ve ağırlıkça % 1, % 3 ve % 5 oranlarında Çok Cidarlı Karbon Nanotüp (ÇCKNT) ile güçlendirilmiş PVA nanoelyaf takviyeli epoksi nanokompozit malzemelerin üretimi ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. İlk olarak elektro eğirme yöntemiyle PVA nanoelyaf ve ağırlıkça % 1, % 3 ve % 5 oranlarında ÇCKNT takviyeli PVA nanoelyaflar üretilmiştir. 0,13 mikrometre kalınlığında üretilen bu nanoelyaflar, 8x125 mm boyutlarında kesilip, kalıp içerisinde üst üste 5/10/15 tabakalı olacak şekilde yerleştirilerek ASTM D882-02 standartları doğrultusunda epoksi matrisli nanokompozit levhalar üretilmiştir. Ayrıca aynı kalıp ile referans numunesi olarak nanoelyaf içermeyen epoksi matrisli kompozit levhalar da üretilmiştir. Üretimi yapılan bu nanokompozit malzemelerin tek eksenli, sabit çene hızı altında çekme dayanımı, elastisite modülü, tokluk ve Poisson oranları gibi değişkenler incelenmiş ve referans numunelerin davranışlarıyla kıyaslanmıştır. Ayrıca üretilen nanokompozit malzemelerin termal karakterizasyonları Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Termal Analiz (DTA) ile yapılmıştır. Çekme testi sonucu kopma yüzeylerinin morfolojilerinin belirlenmesi için ise Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. PVA nanoelyaf ve ağırlıkça % 1, % 3 ve % 5 oranlarında ÇCKNT ile güçlendirilmiş PVA nanoelyafların yüzey morfolojileri ve ÇCKNT'lerin nanoelyaf içerisindeki dağılımları SEM ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ile incelenmiştir.   5/10/15 tabakalı PVA nanoelyaf ve ağırlıkça % 1, % 3 ve % 5 oranlarında ÇCKNT ile güçlendirilmiş PVA nanoelyaf takviyeli nanokompozit levhaların çekme dayanımları, toklukları ve birim şekil değişimleri, nanoelyaf takviye edilmemiş epoksi matrisli kompozit numunelerine göre artmıştır. 15 tabakalı ve ağırlıkça % 1 oranında ÇCKNT ile güçlendirilmiş PVA nanoelyaflar ile takviye edilen kompozit levhaların çekme dayanımları, epoksi matrisli kompozit numuneleri ile karşılaştırıldığı zaman çekme dayanımındaki artış % 35 olarak belirlenmiştir. Nanoelyaf tabakasının artması ile malzemenin çekme dayanımı artarken, ÇCKNT oranı artıkça yapısal bir kusur olarak davranan ÇCKNT‟in topaklanmasına ve iyi ıslanamamasına bağlı olarak nano boşluk oluşmasından dolayı çekme dayanımı azalmıştır. Nanoelyafların varlığından dolayı meydana gelen temel hasar mekanizmaları, çatlak tutulması, çatlak yön değiştirmesi, elyaf köprüleme, elyaf sıyrılması ve elyaf kırılmasıdır.

Abstract:
In this thesis, the mechanical properties of polyvinyl alcohol (PVA) nanofibers and 1%, 3% and 5% by weight multi-walled carbon nanotube (MWCNT) reinforced PVA nanofibers reinforced nanocomposite materials which were produced by electro spinning method were investigated. Firstly, PVA nanofibers and 1%, 3% and 5% MWCNT reinforced PVA nanofibers were produced by electro spinning method. These nanofibers produced in 0.13 micrometer thickness were cut in dimensions of 8x125 mm and placed on top of each other in a mold to be layered 5/10/15. Thus, nanocomposite plates were produced according to ASTM D882-02 standards. In addition, a pure epoxy nanocomposite plates with no nanoelyaf as a reference sample was produced using the same mold. Variables such as tensile strength of these produced nanocomposite materials under constant load, modulus of elasticity, toughness and poisson ratios were examined and compared with the behavior of the reference samples. In addition, thermal characterizations of the nanocomposite materials were examined and determined by Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Thermal Analysis (DTA). Scanning Electron Microscope (SEM) was used to determine the morphology of fracture surfaces as a result of tensile test. Surface morphologies of polyvinyl alcohol (PVA) nanofibers and 1%, 3% and 5% by weight multiwalled carbon nanotube (MWCNT) reinforced PVA nanofibers and this MWCNT‟s distribution in nanofibers were investigated by SEM and Transmission Electron Microscopy (TEM).  The tensile strengths, toughness and unit deformations of 5/10/15 layered polyvinyl alcohol (PVA) nanofibers and 1%, 3% and 5% by weight MWCNT reinforced PVA nanofibers were increased compared to nanofibers non-reinforced epoxy test specimens. The tensile strengths of 15 layers and 1% by weight of MWCNT reinforced PVA nanofibers an increase of 35% was determined for when compared with the epoxy sample. While the tensile strength of the material increased with the increase of the nanoelyaf layers in the same ÇCKNT ratio, the tensile strength decreased due to the ÇCKNT aggregation acting as a structural defect as the ÇCKNT ratio increased. The main mechanisms that occur due to the presence of nanoelifers are crack retention, crack deflection, fiber bridging, fiber stripping and fiber breakage.