Parçacık ve fiber takviyeli sentetik köpük kompozit yapının mekanik ve dinamik özelliklerin incelenmesi
Investigation of mechanical and dynamic properties of particle and fiber reinforced synthetic foam composite structure
Yazar: NURŞAH ÖNER
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YAMAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Harç = Mortar ; Kaplama = Coating ; Tuğla = Brick ; Çok katmanlılık = Multi-layered

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, farklı oranlarda grafen, %30 mikro balon ve %2TiO2 içeren epoksi reçine içerisine çeşitli sayıda PEA/GO ile kaplanmış karbon elyaf yerleştirilerek üretilmiş sentetik köpük yapıların mekanik ve dinamik özelliklerin incelenmesi amaçlanmıştır. Karbon fiber ile epoksi arasındaki ara yüzey bağının güçlendirilmesi ve epoksi matrisli malzemeye nano partiküller eklenerek mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir.
Yöntem: Sedef'in sofistike "Tuğla-Harç" yapısından esinlenerek karbon fiber yüzeyi çok katmanlı polieter amin (PEA) ve grafen oksit (GO) ile kaplanmıştır. Bu kaplama çok tabakalı kaplama (LbL) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Polimer esaslı epoksi reçine farklı oranlarda (%0,5 ve %1) grafen, %30 mikro balon ve %2TiO2 nano partikülleriyle güçlendirilmiştir. Bu epoksi reçine içerisine 0, 5, 10 ve 15 defa PEA/GO ile kaplanmış karbon fiberler yerleştirilerek kompozit yapıların üretimi gerçekleştirilmiştir.  Çeşitli sayıda PEA/GO ile kaplanmış karbon fiberin üzerindeki kaplama yapısı ve kalınlığı SEM cihazında incelenmiştir. Üretimi gerçekleştirilen kompozit numunelere titreşim, darbe testi ve üç nokta eğme testleri yapılmıştır.
Bulgular: İşlenmemiş ve 5 ,10 ve 15 defa PEA/GO ile kaplanmış numunelerin kaplama yapısı SEM cihazında incelenmiş ve kaplamanın başarılı bir şekilde gerçekleştirildiği gözlemlenmiştir.
Sonuç: Kaplamasız numune ara yüzey yapıya sahip olmadığından uygulanan yük direk fibere iletilmekte ve bu durum mekanik özellikleri düşük çıkmasına sebep olmuştur. 15 defa kaplanmış numunede GO yığılmaları gözlemlenmiştir ve bu yığılmaların mekanik özellikleri olumsuz etkilediği görülmüştür. Bu GO yığılmaları numunenin darbe testinde diğer numunelere kıyasla daha erken perforasyona uğramasına ayrıca eğme testinde daha düşük mukavemet değerlerine sebep olmuştur.

Anahtar Kelimeler: Ara Yüzey, Çok Tabakalı Kaplama, Çok Katmanlı, Tuğla-Harç, Karbon Fiber, Kaplama

Abstract:
Purpose: In this study, it is aimed to study the mechanical and dynamic properties of synthetic foam composite specimens produced by placing various numbers of PEA/GO coated carbon fibers into epoxy resin containing different proportions of graphene, 30% microballoon and 2%TiO2. It is aimed to reinforce the interfacial bond strength between carbon fiber and epoxy and to improve its mechanical properties by adding nanoparticles to the epoxy matrix material.
Method: The carbon fibers surface was coated with multilayer polyether amine (PEA) and graphene oxide (GO), inspired by nacre's sophisticated "Brick-Mortar" structure. This coating was performed using the Layer by Layer (LbL) method. Polymer-based epoxy resin was reinforced with different proportions of graphene, 30% micro balloon, and 2%TiO2 nanoparticles. The composite specimens were produced by placing carbon fibers coated with PEA/GO 0,5,10 and 15 layers within this epoxy resin. The structure and thickness of the coating on the carbon fibers coated with various numbers of PEA/GO were investigated using SEM. Vibration, impact and three-point bending tests of the produced composite specimens were performed.
Findings: The untreated and the specimens coated with PEA/GO were investigated using SEM, and it was observed that the coating was carried out successfully.
Results: Since the uncoated samples do not have any interfacial, the applied load is transmitted directly to the fibers. Therefore, poor mechanical properties are observed. GO agglomeration was observed in the 15 layers coated sample, and it was detected that this agglomeration adversely affected the mechanical properties. These GO agglomeration caused the sample to perforation earlier in the impact test compared to other samples and also caused lower mechanical parameter values in the bending test.

Keywords: Interfacial, Layer by Layer, Multilayer, Brick-Mortar, Carbon Fiber, Coat