Kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine yaşlandırma parametrelerinin etkisinin araştırılması ve yanıt yüzey metodu ile optimizasyonu
Investigation of the effect of aging parameters on the mechanical properties of composite materials and optimization by response surface methodology
Yazar: RAMAZAN ÖZTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAMZA TAŞ ; DOÇ. DR. İBRAHİM FADIL SOYKÖK
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Optimizasyon = Optimization ; Yaşlandırma = Ageing

Özet:
Deniz taşıtlarında ve akışkan taşıma işlerinde yaygın olarak kullanılan metal
malzemelerin ağır yapıtlar oluşturması ve bu metal malzemelerin akışkan ile
temasından kaynaklı korozyona uğraması araştırmacıları alternatif malzemeler
arayışına itmiştir. Kompozit malzemelerin yüksek özgül dayanıma, yorulma direncine,
akma dayanımına sahip olması ve aynı zamanda hafif ve korozyona karşı dirençlerinin
iyi olması, sektörde kompozit malzeme kullanımının artmasına neden olmuştur.
Bu tez çalışmasında temel olarak, vakum infüzyon yöntemiyle farklı kürlenme
sıcaklıklarında (20°C, 60°C ve 100°C) cam fiber takviyeli kompozit malzemeler
üretilmiş ve üretilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine yaşlandırma
parametrelerinin (sıcaklık ve tuzluluk oranı) etkisi araştırılmıştır. Bir deneysel tasarım
metodu olan merkezi kompozit tasarım (central composite design) yöntemi ile
deneyler tasarlanmış ve yanıt yüzey yöntemi kullanılarak bu parametreler optimize
edilip yaşlandırma işlemi için optimum parametre değerleri belirlenmiştir.
Bu tez çalışmasında temel olarak üç kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda
vakum infüzyon yöntemiyle farklı kürlenme sıcaklıklarında (20°C, 60°C ve 100°C)
cam fiber takviyeli kompozit plaka üretimi gerçekleştirmiştir. Üretilen plakalardan
kesilen çekme test numuneleri ve düşük hız darbe test numuneleri 1416 saat süresince
yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Yaşlandırma parametreleri 20°C, 45°C ve 70°C
su sıcaklığı ve %3, %19 ve %35 tuzluluk oranıdır. Numunelere uygulanan yaşlandırma
işlemleri ve mekanik testler, merkezi kompozit tasarım yöntemi kullanılarak
oluşturulmuş deneysel tasarıma uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Yaşlandırma işlemi
süresince numuneler tuzlu sudan çıkarılarak belirli aralıklarla numunelerin ağırlıkları
ölçülmüş ve nem emme sonucu ağırlıklarındaki artış kaydedilmiştir. Yaşlandırma
işlemi sonrasında numunelere çekme ve düşük hız darbe testleri uygulanmıştır. Ayrıca,
çekme test numunelerinin kopma yüzeyleri (hasar bölgeleri) taramalı elektron
mikroskobu (TEM) ile incelenmiştir.
Bu tez çalışmasında elde edilen sonuçları incelendiğinde, su sıcaklığının ve
kürlenme sıcaklığının su emilimine olumsuz etkisi vardır. Kürleme sıcaklığı ve su 
sıcaklığı arttıkça su emilimi de artmaktadır. Tuzluluk oranın ise numunelerin su
emiliminden meydana gelen ağırlık artışına pozitif yönde vardır, yani tuzluluk oranı
artıkça numunelerin emdiği su miktarı azalmaktadır. Yaşlandırma sıcaklığı çekme
dayanımındaki yüzdece değişim üzerinde ikinci dereceden bir etkiye sahipken,
tuzluluk oranı doğrusal bir etkiye sahiptir. Yaşlandırma sıcaklığı, 20°C-40°C
yaşlandırma sıcaklığı aralığında çekme dayanımındaki değişim üzerinde önemli bir
etkiye sahip değilken, yaşlandırma sıcaklığındaki daha fazla artış, çekme dayanımı
değişiminde negatif bir artışa, yani çekme dayanımının düşmesine neden olmaktadır.
Artan kürlenme sıcaklığı elastisite modülünün yüzdece değişimi üzerinde olumlu bir
etkiye sahiptir, bu da kürleme sıcaklığının arttıkça elastisite modülünün yaşlanma
sürecinden daha az etkileneceğini göstermektedir. Aksine, artan yaşlandırma sıcaklığı
elastisite modülünün yüzdece değişimi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir, yani
yaşlandırma sıcaklığı arttıkça elastisite modülü yaşlandırma sürecinden daha fazla
etkilenmektedir. 20°C ile 45°C arasında, artan kürlenme sıcaklığı tepe kuvvetinin
yüzdece değişimi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir, bu da kürlenme sıcaklığının
yükseldikçe tepe kuvvetinin azaldığını göstermektedir. Orta seviye kürlenme
sıcaklığında (60°C) minimum yaşlandırma sıcaklığı ve maksimum tuzluluk oranı için
tepe enerjideki kayıp minimumdur.
Yapılan deneyler sonucunda malzemelerin mekanik özelliklerinde azalma
gözlenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu ile incelemesi sonucunda mikro yapıda
ara yüz ayrılmaları, reçine kopması ve fiber kopması ve fiber sökülmesi
gözlemlenmiştir Bunun en önemli nedenin matris malzemesi ile fiberler arasında ara
yüzün zayıflaması ve matris malzemesinin kimyasal özelliklerinin bozulması olarak
gösterilmektedir.
Yanıt yüzey yöntemi kullanılarak elde edilen optimum kürlenme sıcaklığı,
tuzlu su sıcaklığı ve tuzluluk oranı sırasıyla 100°C, 20°C ve %19,8'dir. Doğrulama
testleri için bu parametrelere uygun olacak şekilde kompozit plaka üretimi ve
yaşlandırma işlemi gerçekleştirilmiştir ve bu plakadan uygun boyutlarda kesilen
numunelere çekme ve düşük hız darbe testleri uygulanmıştır. Yapılan testler
sonucunda bulunan değerlerin tahmin edilen değerler ile yüksek yakınlıkta olduğu
görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Yaşlandırma, Optimizasyon, Deneysel tasarım, Yanıt yüzey
yöntemi, Kürlenme sıcaklığı

Abstract:
The heavy structures of metal materials commonly used in marine vehicles and
liquid transportation and the corrosion of these metal materials as a result of contact
with liquid have led researchers to search for alternative materials. The fact that
composite materials have high specific strength, fatigue resistance, yield strength as
well as light weight and good corrosion resistance has led to an increase in the use of
composite materials in the sector.
In this thesis, basically, glass fiber reinforced composite materials were
produced by vacuum infusion method at different curing temperatures (20°C, 60°C
and 100°C) and the effects of aging parameters (temperature and salinity ratio) on
mechanical properties were investigated. researched. researched. researched.
researched. researched. Produced composite materials were examined. Experiments
were designed with the central composite design method, which is one of the
experimental design methods, and these parameters were optimized using the response
surface method and optimum parameter values for the aging process were determined.
This thesis basically consists of three parts. In the first part, glass fiber
reinforced composite sheet was produced at different curing temperatures (20°C, 60°C
and 100°C) by vacuum infusion method. Tensile test specimens and low velocity
impact test specimens cut from the produced sheets were aged for 1416 hours. The
aging parameters are 20°C, 45°C and 70°C water temperature and 3%, 19% and 35%
salinity. The aging processes and mechanical tests applied to the samples were carried
out in accordance with the experimental design created using the central composite
design method. During the aging process, the samples were removed from the brine
and the weights of the samples were measured at regular intervals, and the increase in
their weights as a result of dehumidification was recorded. After the aging process,
tensile and low-speed impact tests were applied to the samples. In addition, the rupture
surfaces (damage areas) of the tensile test specimens were examined by scanning
electron microscopy (SEM) When the results obtained in this thesis study were examined, it was seen that
water temperature and curing temperature had a negative effect on water absorption.
The higher the curing temperature and the water temperature, the higher the water
absorption. The salinity ratio, on the other hand, has a positive effect on the weight
gain caused by the water absorption of the samples, that is, as the salinity rate
increases, the amount of water absorbed by the samples decreases. The aging
temperature has a quadratic effect on the percent change in tensile strength, while
salinity has a linear effect. In the 20°C-40°C aging temperature range, the aging
temperature has no significant effect on the change in tensile strength, while further
increase in the aging temperature causes a negative increase in tensile strength. power
change. tensile strength. Increasing the curing temperature has a positive effect on the
percent change of the modulus of elasticity; this indicates that as the curing
temperature increases, the modulus of elasticity will be less affected by the aging
process. On the contrary, increasing aging temperature has a negative effect on the
percent change of the modulus of elasticity, that is, the higher the aging temperature,
the more the modulus of elasticity is affected by the aging process. Increasing the
curing temperature between 20°C and 45°C has a negative effect on the percent change
in peak strength, indicating that the peak strength decreases as the curing temperature
increases. At the intermediate curing temperature (60°C), the loss in peak energy is
minimal for minimum aging temperature and maximum salinity.
As a result of the experiments, a decrease in the mechanical properties of the
materials was observed. As a result of the examination made with scanning electron
microscopy, microstructure interfacial separations, resin rupture, fiber rupture and
fiber outflow were observed. The most important reason for this is the weakening of
the interface between the matrix material and the fibers and the deterioration of the
chemical properties of the matrix material.
The optimum curing temperature, brine temperature and salinity obtained using
the response surface method are 100°C, 20°C and 19.8%, respectively. For the
verification tests, composite plate production and aging were carried out in accordance
with these parameters, and tensile and low-speed impact tests were applied to the
samples cut in appropriate sizes from this plate. As a result of the tests, it was seen that
the values found were in high level closeness with the predicted values.
Keywords:Aging, Optimization, Experimental design, Response surface
methodology, Curing temperature