Termoplastik takviyeli epoksi yapıştırıcıların kendi-kendini onarma davranışının nümerik ve deneysel olarak belirlenmesi
Numerical and experimental determination of self-healing behavior of the epoxy adhesives reinforced with thermoplastic particles
Yazar: ENGİN ERBAYRAK
Danışman: PROF. DR. HALİL ÖZER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yapıştırma bağlantısı, farklı malzemelerin birleştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapıştırma bağlantılarının kendi-kendini onarması (self-healing) endüstride büyük ilgi uyandırmaktadır. Son zamanlarda, hasarlı bölgenin tespitine gerek kalmaksızın, hasarlı bölgenin kendiliğinden tamir edildiği, kendi-kendini onaran süreç üzerine yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Uygulamalardan biri, yapıştırıcı içerisine mikrokapsül ve katalizör ilavesine dayanmaktadır. Diğer bir uygulama, kılcal- damar-ağı yöntemi (Microvascular network metod) dir. Bu yaklaşım, canlılardaki damar ağından etkilenerek elde edilen bir biyo-metottur. Onarma mekanizması, mikro-kapsül yaklaşımı ile aynıdır. Bu metotta, farklı olarak, onarma malzemesi, içi boş tüplerde ve fiberlerde depo edilmiştir. Farklı bir uygulamada ise yapıştırıcı içerisine katılan termoplastik partiküllerin, sıcaklık ile aktif hale getirilerek, yapıştırıcının kendi-kendini onarmasına dayanmaktadır. Bu doktora tezinde, yapıştırıcı bünyesinde bulunan hatalara (boşluk, mikro çatlak) karşı hassasiyeti yüksek olan gevrek ve sünek yapıştırıcılarda oluşacak hasarların yapıştırıcının kendi-kendini onarmasını sağlayan bir mekanizma yardımı ile tamir edilmesi amaçlanmaktadır. Tez kapsamında, yapıştırıcının kendi-kendini onarma davranışı deneysel ve nümerik yöntemler ile incelenecektir. Deneysel yaklaşımda,  epoksi yapıştırıcı içerisine termoplastik partiküller katılacaktır. Yapıştırıcının, termoplastik malzemenin erime sıcaklığının üzerinde bir sıcaklıkta kendi- kendini onaraması sağlanacaktır. Bununla birlikte,  yapıştırıcıların kürleşme sıcakığı belirlenirken, camsı geçiş sıcaklıkları da göz önünde bulundurulmuştur. Yapıştırıcı içerisine eklenecek olan termoplastik partiküllerin, yapıştırıcının camsı geçiş sıcaklığına etkisi de deneysel çalışma kapsamında irdelenecektir. Kendi-kendini onarma süreç verimliliği, onarma öncesi ve sonrasındaki kırılma enerjisinin (fracture energy) karşılaştırılmasına dayanacaktır. Ayrıca, nümerik analizler yapılarak, deney sonuçlarından elde edilen veriler ve kohesif yöntem kullanılarak yapıştırıcının onarma öncesi ve sonrasında ki kohesif parametre değişimleri belirlenecektir. Literatürde yer alan Eksponansiyel (exponential) ve PPR (Potential Based Cohesive Model) kohesif yöntemler nümerik model kapsamında kullanılacaktır.

Abstract:
Adhesive bonding is widely used in bonding different materials. Self-healing of bonded structures is becoming of great interest for the industry. Recently, self-healing process, without the need to identify the damaged areas, which are self-repaired, is under intensive research. One of the methods is based on the addition of microencapsulated healing agent and a catalyst in adhesive. Another method is microvascular network approach. This approach influenced by the vascular network of living organisms. Healing mechanism of this method is similar with the microencapsulated healing method. In this method, differently, healing agent is stored in hollow tubes and fibers. In another method, the thermoplastic particles incorporated into the adhesive are self-repaired by activation of thermoplastic particles with temperature.  In this dissertation, it is aimed to investigate self-healing mechanism that facilities to repair the damage of brittle and ductile adhesive that are highly sensitive to defects (voids, micro-cracks) or damages caused by loading. Self-healing of adhesive is going to be examined by experimental and numerical approach in this dissertation.  In experimental approach, thermoplastic particles will be incorporated into adhesive. In addition, the temperature of self healing will be chosen above the melting temperature of the thermoplastic material. However, it will be considered the glass transition temperature of adhesive while obtaining the curing temperature. The effects of incorporation thermoplastic particles on glass transition temperature of adhesive are also considered during the experimental approach. Efficiency of self-healing process was based on comparison between healed and unhealed fracture energies. Moreover, in numerical study, changing of healed and unhealed cohesive parameters were obtained by using experimental datas and cohesive zone models. In literature, exponential and potential based (PPR) cohesive zone models were used as the numerical model.