Poliamit kompozitlerin kırılma tokluğu ve kırılma davranışının esas kırılma işi ve j-integral metotları ile analizi
Analysis of fracture toughness and fracture behavior of polyamide composites by using essential work of fracture and j-integral methods
Yazar: SİNAN YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. TANER YILMAZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Cam elyafı = Fiberglass ; Kırılma tokluğu = Fracture toughness ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Bu çalışma esas olarak, Poliamit 6 (PA6) ve kısa cam fiber (KCF) takviyeli PA6 kompozitlerin mekanik özelliklerinden ödün vermeden kırılma tokluğunu arttırmayı hedeflemektedir. Bu amaçla, PA6 matris içerisine, Lotader® ticari ismi ile bilinen iki farklı tür terpolimer katılmıştır. Daha sonra, zincir karmaşıklığının kırılma davranışı üzerideki etkisini açığa çıkarmak üzere PA6/terpolimer karışımlarına zincir uzatıcı olarak 1.1′-karbonil-bis-kaprolaktam (CBC) ilave edilmiştir. Ek olarak, glisidilizobütil oligomerik silseskuiokzan (G-POSS) ve CBC ayrı ayrı olmak üzere PA6 ve KCF ile takviye edilmiş PA6 (KCFT-PA6)'nın yapısına katılmıştır. Katkı maddesi tür ve ağırlık oranının kırılma, mekanik ve termal özellikler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada kullanılan tüm numuneler eriyik harmanlama prosesi ile hazırlanmış ve ilgili test prosedürüne uygun olarak enjeksiyon kalıplama prosesi ile standart test numunelerine dönüştürülmüştür. 

Gerek numune hazırlama ve test etme, gerekse veri azaltma konusundaki basitliği nedeniyle bu çalışma kapsamında üretilen numunelerin kırılma davranışını karakterize etmek üzere esas kırılma işi (EKİ) metodu seçilmiştir. Ancak EKİ metodu, gevrek kırılma davranışı sergiledikleri için KCF takviyeli PA6 kompozitlerin kırılma davranışını karakterize etmekte yetersiz kalmıştır. Bu nedenle bu malzemelerin kırılma tokluğunu tayin etmek üzere J-integral yöntemi kullanılmıştır. 

Kırılma test sonuçları göstermiştir ki özellikle CBC ile birlikte katıldığında Lotader, PA6'nın kırılma tokluğu değerinde belirgin bir artışa neden olmaktadır. Ayrıca, KCFT-PA6'ya G-POSS ve CBC katılması ile gevrek-sünek kırılma geçişi meydana geldiği görülmüştür.

Abstract:
This work was essentially aimed at improving fracture toughness of Polyamide 6 (PA6) and short glass fiber (SGF) reinforced PA6 composites without sacrificing the mechanical properties. In this purpose, two different kinds of terpolymer, known by the trade name Lotader®, were incorporated into the PA6 matrix.   Furthermore, 1.1′-carbonyl-bis-caprolactam (CBC), as a chain extender, was added into PA6/terpolymer blends to reveal the effect of chain entanglement on fracture behavior of the blends. Additionally, glycidylisobutyl oligomeric silsesquioxane (G-POSS) and CBC were individually added into neat PA6 and SGF reinforced PA6 composites. Effect of additive type and weight ratio on fracture, mechanical and thermal properties was investigated. All samples used in this study were prepared via melt compounding process and then compounds were formed to standard test samples according to relevant testing procedure by injection moulding process. 

Owing to simple specimen preparation, easy testing and data reduction procedure, essential work of fracture (EWF) method was chosen to characterize fracture behavior of fabricated materials in this study. However, it was found that the EWF method is incapable to characterize fracture response of SGF reinforced PA6 composites due to brittle fracture event. Therefore, fracture toughness values of these materials were evaluated by using J-Integral method. 

Fracture test results indicated that, incorporation of Lotader into PA6 matrix gave rise to a remarkable enhancement on the EWF toughness, especially in presence with CBC. Incorporation of G-POSS and CBC into the SGF reinforced PA6 matrix led to a transition on the fracture event from brittle to ductile.