Açısal dikiş takviyeli hibrit kompozitlerin özellikleri
Properties of angular stitch reinforced hybrid composites
Yazar: PINAR ÇAM
Danışman: DOÇ. DR. GAYE KAYA
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Kompozit malzemeler, yüksek dayanım/ağırlık oranları ve malzemeleri istenilen özelliklere göre uyarlama yetenekleri nedeniyle havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Metallerin aksine, lif takviyeli kompozitler, matris çatlaması, lif/matris çekilmesi, lif kırılması ve delaminasyon gibi birçok hasar tipine maruz kalmaktadır. Kompozitlerin yaygın olarak uygulanmasının önündeki en büyük zorluk, kompozit malzemelerle ilişkili bu çok çeşitli hasar mekanizmaları ve bu mekanizmaların nasıl başladığını ve ilerlediğini anlamaktır. Lif takviyeli polimerik kompozitlerde açık delikler (open-hole), cıvatalı bağlantılar yapmak, hidrolik borulara, güç ve kontrol kablolarına erişim sağlamak gibi farklı amaçlar için kullanılmaktadır. Bu açık delikler, lif takviyeli polimerik kompozitlerde delaminasyon, lif çekilmesi/kırılması, matris çatlakları veya termal bozunma gibi birçok hasara neden olabilmektedir. Bu olası hasarlar arasında, açık delikli kompozit bileşenlerinin yük taşıma kapasitesini azaltan ve onarılması zor olarak tanımlanan delme kaynaklı delaminasyon hasarı, en yaygın ve ciddi olan hasar tipidir. Dikiş takviyesi, tekstil yapısal kompozitlerde katlar arası delaminasyonu engellemek amacıyla kullanılan yöntemlerden biridir. Dikişli kompozitlerin özellikleri, kullanılan dikiş ipliği türü ve dikim topolojisinden etkilenmektedir. Bu tez çalışmasında, 2D (iki boyutlu) Cam/Polipropilen hibrit dokuma kumaşlar, katmanlı olarak açısal dikiş takviyesi ile birleştirilmiştir. Dikim işleminde farklı dikiş ipliği türleri kullanılmıştır. Açısal dikişli hibrit preformlar, epoksi reçine kullanılarak vakum infüzyon yöntemi ile kompozit formuna dönüştürülmüştür. Açısal dikişli hibrit kompozitlerin açık delikli ve deliksiz formlarının mekanik ve darbe yükleri altındaki kırılma davranışları, ultrasonik C-Scan yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Açısal dikişli hibrit kompozitlerin kırılma davranışları, dikişsiz hibrit kompozitler ile karşılaştırılmıştır. Yüksek performanslı dikiş ipliklerinin kullanıldığı kompozit yapıların eğme dayanım ve modüllerinin, dikişsiz kompozit daha yüksek olduğu görülmüştür. Dikiş, kompozit yapıda katlar arası delaminasyonu azaltarak, yapı bütünlüğünün korunmasını sağlamış ve dikiş ipliği türüne bağlı olarak darbe enerjisinin absorpsiyonunu arttırmıştır. Dikiş, açık-delikli kompozit yapıların basma dayanımlarında, dikişsiz kompozit yapılara kıyasla daha az düşüşe sebebiyet vermiştir. Açık-delikli dikişli kompozit yapılarda, delik etrafında oluşan çatlakların minör düzeyde olduğu ve dikiş ipliğine bağlı olarak bu çatlakların yayılmasının da değiştiği belirlenmiştir. Kullanılan dikiş ipliğinin performansı ve dikiş prosesinin yapıda oluşturduğu hasarı kompanse edebilecek düzeyde olmasının, kompozit yapıların hasar mekanizması üzerinde kritik bir parametre olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Composite materials are widely used in the aerospace industry due to their high strength/weight ratio and their ability to adapt materials to desired properties. Unlike metals, fiber-reinforced composites are subject to many types of damage, such as matrix cracking, fiber/matrix shrinkage, fiber breakage, and delamination. A major challenge to the widespread application of composites is understanding the wide variety of damage mechanisms associated with composite materials and how these mechanisms begin and progress. Open-holes in fiber-reinforced polymeric composites are used for different purposes such as making bolted connections, providing access to hydraulic pipes, power and control cables. These open holes can cause many damages such as delamination, fiber pıll-out/breakage, matrix cracks or thermal degradation in fiber reinforced polymeric composites. Among these possible damages, drilling-induced delamination damage, which reduces the load bearing capacity of open-hole composite components and is defined as difficult to repair, is the most common and serious type of damage. Stitching is one of the reinforcement methods used to prevent interlayer delamination in textile structural composites. The properties of stitched composites are affected by the type of stitching yarn and stitching topology. In this thesis, 2D (two dimension) Glass/Polypropylene hybrid woven fabrics were combined with angular stitch reinforcement in layers. Different types of stitching yarns are used. Angular stitched hybrid preforms were converted into composite form by vacuum infusion method using epoxy resin. The damages of open-hole and non-hole forms of angular stitched hybrid composites under mechanical and impact loads were analyzed using the ultrasonic C-Scan method. The damage of angular stitched hybrid composites was compared with that of unstitched hybrid composites. The fracture behavior of angular stitched hybrid composites was compared with that of unstitched hybrid composites. It has been observed that the flexural strength and modulus of composite structures in which high performance stitching yarns are used are higher than the unstitched composite. The stitching reduced the inter-ply delamination in the composite structure, ensured the preservation of the structural integrity and increased the absorption of impact energy depending on the stitching yarn type. Stitching caused less reduction in compressive strength of open-hole composite structures compared to unstitched composite structures. It has been determined that the cracks formed around the hole in open-hole stitched composite structures are at a minor level and the propagation of these cracks changes depending on the stitching yarn. The performance of the stitching yarn used and its ability to compensate for the damage caused by the stitching process are critical parameters on the damage mechanism of composite structures.