Yüzeyine grafen film kaplanmış karbon fiber epoksi ileri kompozitlerin üretimi
Fabrication of graphene film deposited carbon fiber-epoxy advanced composites
Yazar: GÖKHAN MUTLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ VOLKAN ESKİZEYBEK
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Grafen, karbon nanoyapılar arasında istisnai mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olduğu için polimer kompozitlerde yapısal takviye elemanı olarak kullanılabilecek mükemmel bir malzemedir. Grafen takviyesi ile kompozitler yüksek mukavemet, elektriksel iletkenlik, optik özelliklerin yanı sıra fonksiyonel kompozitler elde edilebilir. Hafiflik, yüksek iletkenlik ve esneklik grafen takviyeli ileri polimer kompozitlerin en ilgi çekici özellikleri olup ileri elektronik, nano-mekanik sistemler ve enerjinin depolanması gibi gelişmiş uygulamalara adapte edilebilecek potansiyele sahiptir. 
Bu tez çalışmasının amacı, deneysel yöntemler kullanılarak laboratuvar şartlarında grafen tabanlı karbon fiber/epoksi ileri polimer kompozitlerin ölçeklendirilebilir üretim prosesleri ile üretimi ve mekanik karakterzasyonudur. Bu amaca ulaşmak için, karbon fiber kumaş yüzeylerine grafen film biriktirmek suretiyle karbon fiber hibrit kumaşlar üretilmiş ve bu hibrit kumaşlara epoksi termoset polimer infüze edilerek grafen ileri polimer kompozitler hazırlanmıştır. Karbon fiber kumaşların grafen film ile kaplanma aşamasında, prosese etki eden üretim parametreleri kumaşların mikroskobik ve makroskobik karakterizasyonlarında elde edilen sonuçlara göre optimize edilmiştir. Böylece karbon fiber kumaş yüzeyinde homojen ve sürekli grafen filmi oluşturulmuştur. Üretilen grafen tabanlı ileri polimer kompozitlerin mekanik karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. 
Gerçekleştirilen çekme testleri sonucunda grafen kaplanmış ileri kompozitlerde kontrol numunesine göre kopma dayanımında %38 artış sağlanmıştır. Yapılan çekme testlerine göre grafen film kalınlığının optimum değerinin üzerinde kopma dayanımında azalma belirlenmiştir. Çekme dayanımı, çekme elastisite modülünün ölçülmesinde elde edilen değerlere bakıldığında grafen kaplanmış kompozite göre özelliklerde iyileşme sağlanmıştır. Çekme testlerinde malzemenin kırılıncaya kadar yuttuğu enerji miktarları değerlendirildiğinde de grafen katkısının açık şekilde sünekliliğini ve rijitliğini arttırdığı görülmüştür. Eğilme testleri incelendiğinde eğilme gerilmesi ve eğilme elastisite modülü değerlerinde kontrol numunesi olan grafen kaplanmamış kompozite göre artış gözlemlenmiştir. Karbon fiber kumaşların grafen ile kaplamması fiber ile matriksin arayüzeylerinde kuvvetli yapışma sağlamış olup kırılma mekanizmalarını geçiktirmiştir. Kırılma yüzeylerinde gözlemlenen fiberlerdeki matriks kalıntıları da bu durumu desteklemektedir.

Abstract:
Graphene is an excellent material that can be used as a structural reinforcing element in polymer composites because it has exceptional mechanical and physical properties among carbon nanostructures. Graphene reinforced composites can be obtained with high strength, electrical conductivity, optical properties as well as functional composites. Lightness, high conductivity and flexibility are the most interesting features of advanced polymer composites with graphene reinforcement and have the potential to be adapted to advanced applications such as advanced electronics, nano-mechanical systems and storage of energy.
The aim of this thesis is to fabricate the graphene based carbon fiber/epoxy advanced polymer composites with scalable production processes and to characterize the resulting advanced composites. To achieve this goal, carbon fiber hybrid fabrics were prepared by grafting graphene film on carbon fiber fabric surfaces, and these hybrid fabrics were infused with epoxy polymer to fabricate advanced polymer composites. In the case of coating of carbon fiber fabrics with graphene film, the main process parameters were optimized according to the results obtained in the microscopic and macroscopic characterizations of the fabrics and thus advanced polymer composites with improved mechanical and physical properties were produced. 
As a result of the tensile tests performed, a 38% increase in the tensile strength of the graphene film interleaved advanced composites compared to the control sample was achieved. According to the tensile tests performed, a decrease in the tensile strength with respect to the graphene film thickness over the optimum value was determined. When the tensile strength, tensile elasticity modulus were measured, the properties were improved according to the graphene interleaved composite. In the tensile tests, when the amount of energy absorbed until the material was broken, it was observed that the graphene interleave clearly increased the ductility and stiffness of the carbon/epoxy composite. According to the bending tests, it was observed that the bending stress and bending elasticity modulus were increased compared to the control sample. The graphene film on carbon fiber fabrics has provided strong adhesion on the fiber-matrix interface. The matrix residues in the fibers observed on the fracture surfaces also support this obseervation.