Farklı türdeki polimer bağlayıcılı ve elyaf takviyeli hibrit kompozitlerin performansının incelenmesi
The investigation of the performance of different type of polymer matrix and fiber reinforced hybrid composites
Yazar: NESLİHAN GÖKÇE
Danışman: PROF. DR. SERKAN SUBAŞI
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, yüksek mekanik özelliklere sahip farklı türdeki polimer bağlayıcılı ve elyaf takviyeli hibrit kompozitlerin üretimi gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Üretilen hibrit kompozitlerde, matris olarak ortoftalik, izoftalik, tereftalik doymamış polyester reçineleri ve bisfenol-A bazlı vinilester reçine kullanılmıştır. Takviye malzemesi olarak kırpılmış E-tipi cam elyaflı kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar 3 aşamadan oluşmuştur. İlk aşamada, ortoftalik, izoftalik ve tereftalik polyester reçinelerin epoksi bazlı vinilester reçine ile iki tabakalı plakaları üretilerek ara yüzey uyumu SEM görüntüleri incelenmiştir. İkinci aşamada, farklı tipteki reçinenin ikili ve üçlü hibrit karışımlarının 10 farklı kombinasyonu hazırlanarak bireysel özellikleri geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu aşamada öncelikle hibrit karışımlarının fiziksel ve mekanik testleri ile termal analizleri yapılmıştır. Sertleşen plakalar 50 ºC, 80 ºC ve 110 ºC de 1'er saat olmak üzere toplamda 3 saat kürleştirilmiştir. Son aşamada ise; hazırlanan reçine karışımlarına ağırlıkça %5, %10 ve %20 oranlarında kırpılmış E tipi cam elyafı takviye edilerek hibrit kompozitler üretilmiş ve mekanik testleri gerçekleştirilmiştir. SEM görüntüleri incelendiğinde, numune plaka ara yüzeylerinde yeterince homojen yapışma sağlandığı görülmüştür. Hibrit karışımlarda elde edilen pik ekzoterm sıcaklığının 180 °C ila 190 °C arasında elde edildiği ve Barcol sertlik değerleri ile birlikte değerlendirildiğinde tüm karışımların yeterli kürleşmeyi sağlandığı sonucuna varılmıştır. Yapılan analizler neticesinde, hazırlanan tüm hibrit reçine karışımları arasında en yüksek çekme dayanımı ortoftalik-tereftalik-vinilester (OTV) karışımı için; vinilester ham reçine ile kıyaslandığında %11,1 daha yüksek bulunmuştur. En yüksek eğilme ve charpy darbe dayananımı ise ortoftalik-izoftalik-vinilester (OIV) reçine için; vinilester ham reçine ile kıyaslandığında %4,3, ortoftalik ham reçine ile kıyaslandığında %23,9 daha yüksek olarak bulunmuştur. Matris reçine hibridizasyonu elyaf takviyesi ile güçlendirildiğinde, elyaf oranı arttıkça, mekanik özelliklerin arttığı ve en yüksek mekanik özelliklerin %20 elyaf oranında elde edildiği ve elyaf oranı arttıkça hibrit reçine karışımlarının mekanik özelliklerinin yükseldiği görülmüştür. Karışımların HDT ve FT-IR analizleri incelendiğinde reçine ve hibrit karışımlarında istenen moleküler aderansların ve çapraz ağ yapısının yeterli polimerleşmenin gerçekleştirdiği sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, different types of polymer matrix and fiber reinforced hybrid composites with high mechanical properties were aimed to be produced. In hybrid composites, orthophthalic, isophthalic, terephthalic unsaturated polyester resin and bisphenol-A based vinylester resin were used as matrix. Chopped E-type glass fiber was used as reinforcement. Experimental studies consisted of 3 stages. In the first step, two layers of orthophthalic, isophthalic and terephthalic polyester resin with epoxy based vinylester resin were produced and their interface compatibility were examined by SEM images. In the second stage, hybrid mixtures of different types of resins were prepared in 10 different combinations to improve their individual properties. Physical and mechanical tests and thermal analyzes of the samples were performed. The cured plates were cured for 1 hour at 50 ºC, 80 ºC and 110 ºC for a total of 3 hours. In the last stage; 5% , 10%  and 20%  by weight of E type glass fiber reinforced hybrid composites were produced for the same prepared resin mixtures. Mechanical tests were carried out on these samples. When SEM images were examined, it was observed that sufficient homogeneous adhesion was achieved at the interfaces of samples. It was concluded that the peak exotherm temperature values obtained in hybrid mixtures were obtained between 180 °C to 190 °C and all the mixtures were cured adequately when evaluated together with Barcol hardness values. As a result of the analysis, the highest tensile strength of all hybrid resin mixtures prepared for the orthophthalic-terephthalic-vinylester (OTV) mixture; which was found to be 11,1%  higher than vinylester raw resin. The highest bending and charpy impact strength for orthophthalic-isophthalic-vinylester (OIV) resin; which was found to be 4,3%  higher than vinylester and 23,9%  higher than the orthophthalic raw resin. When the matrix resin hybridization was strengthened with fiber reinforcement, it has been determined that as the fiber ratio is increased, the mechanical properties are increased and the highest mechanical properties are obtained at 20%  fiber ratio. When the HDT and FT-IR analyzes of the mixtures were examined, it was concluded that the required molecular adherences and cross-network structure were obtained in the mixtures and polymerization was achieved.