Show simple item record

dc.contributor.advisorMaviş, Bora
dc.contributor.advisorBat, Erhan
dc.contributor.authorKılıçoğlu, Melike
dc.date.accessioned2019-01-31T06:58:56Z
dc.date.available2019-01-31T06:58:56Z
dc.date.issued2018
dc.date.submitted2018-05-29
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/5752
dc.description.abstractComposite materials are widely used in aircraft industry as they have high specific strengths. To increase the delamination resistance of layered composites, tough particles, films or fibers at different length scales can be interleaved between composite layers. Until now, electrospun nanofibers from homopolymers such as polycaprolactone (PCL), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene difloruide (PVDF), polysulfone (PS), nylon 6,6, have been used to investigate their effects on the interlaminar fracture toughness. Besides the use of homopolymers, physically mixed polymer systems have also been used. In such systems, alternatives like; spinning of alternating layers of two polymers, co-electrospinning of different polymers at the same time from different needles, or core-shell configurations have been tried. Another category which could be named as, ‘hybrids’ were formed between different polymers and carbon based materials such as multi wall carbon nanotube (MWCNT), graphene (G) or graphene-oxide (GO) flakes. Nanofibers from polymer blends mixed in molecular chain level could bring certain advantages in improving the interlaminar toughness of layered composites. In addition, these blends can be hybridized with externally sprayed-on G or GO to trigger multiple toughening mechanisms. In this study, nylon 6 (N6), PCL and their blends with different mass ratios (N6/PCL: 100/0, 80/20, 60/40, 40/60 and 0/100) were electrospun and interleaved between carbon fiber reinforced polymer composites (CFRP). In addition, GO flakes were sprayed between the nanofiber layers to investigate the effect of these hybrid interleaves on Mode I interlaminar fracture toughness of CFRPs. With Differential Scanning Calorimetry (DSC) analyses, it was identified that weight ratios of polymers affect the phase separation characteristic of polymer blends. In Scanning Electron Microscope (SEM) analyses which were carried out after Double Cantilever Beam (DCB) test, it was observed that the specific phase separation behaviors facilitates the activation of different toughening mechanisms. N6/PCL with 60/40 ratio showed the best result with respect to the unmodified reference sample with a 69% improvement on the Mode 1 G1c initiation and 59% on that of G1c propagation. At 60/40 ratio, a phase separation between PCL and N6 was observed and this lead to a cooperative synergistic increase in the resistance against crack progression by activating the debonding and fiber bridging mechanisms simultaneously. GO flakes that were synthesized in different sizes were electrosprayed between elektrospun nanofiber veils and hybrids with different sandwich structures were produced. Due to the problems in optimization of electropsraying process parameters and dispersion of GO flakes in the spray solvent, the improvements in GIC were insignificant. However, load-displacement behavior of the composites were significantly altered. The reasons of this change were discussed. The main reason behind the poor mechanical performance was the dissolution of the veil layers by the spray solvent. Losing the structural integrity of base layer formed an asymmetry in the sandwiches’ mechanical behavior, which in turn lead to a crack diversion from tough veil layers to the brittle epoxy layers. However, it can be anticipated that, upon rectification of process parameters in spraying the GO component, the already observed significant changes in the load-displacement behavior can be utilized in favor of building structures with even higher interlaminar toughness.tr_TR
dc.description.sponsorshipTÜBİTAK 214M110 numaralı projetr_TR
dc.description.tableofcontentsİÇİNDEKİLER ETİK iii ÖZET i ABSTRACT iv İÇİNDEKİLER viii ÇİZELGELER x ŞEKİLLER xi 1. GİRİŞ 1 2. LİTERATÜR ÖZETİ 6 2.1. Elektroeğirme 6 2.2 Kompozit Malzemeler 7 2.3 Kompozit Malzemelerle Metalik Malzemelerin Farkı 8 2.4 KFTP’de Hasar Mekanizmaları ve Hata Modları 10 2.5 Delaminasyon Direncini Arttırma Yöntemleri 14 3 DENEYSEL ÇALIŞMALAR 25 3.2 Malzemeler 25 3.2.1 Malzeme Seçim Prensipleri 25 3.2.2 Polimerler ve Çözücüler 27 3.2.3 Grafen Oksit (GO) Parçacıkları 27 3.2.4 Prepreg 30 3.3 Arayüz Eklentilerinin Üretimi 30 3.4 Test Numunesi Üretimi 37 3.5 Mekanik Testler 38 3.6 Karakterizasyon Çalışmaları 40 3.6.1 Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) 40 3.6.2 Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) 40 3.6.3 Differansiyel Tarama Kalorimetresi (DSC) 40 4 BULGULAR VE TARTIŞMA 43 4.1 Referans Plakalar 43 4.2 Elektroeğirme Plakaları 46 4.3 Elektropüskürtme Çalışmaları 62 5 SONUÇLAR 69 KAYNAKLAR 71 EKLER 75 EK 1: Sıcak Pres Sıcaklık Kontrolü 75 EK2: Kompozit plakalarındaki fiber-reçine oranlarının hesaplanması 76 EK3: ASTM-D5528’e göre incelenen örnek bir DCB test verisi 81 EK 4: DSC Verileri tepe ayrıştırması yöntemiyle incelenmesi 87tr_TR
dc.language.isoturtr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.subjectKarbon Fiber Takviyeli Polimer Matrisli Kompozit (kftp)tr_TR
dc.subjectArayüz Toklaştırmatr_TR
dc.subjectTabakalar Arası Kırılma Tokluğutr_TR
dc.subjectElektroeğirmetr_TR
dc.subjectElektropüskürtmetr_TR
dc.subjectNanofibertr_TR
dc.subjectGrafen Oksittr_TR
dc.subjectPolimer Karışımlarıtr_TR
dc.titleNano-Melez Sistemlerin Karbon Fiber Takviyeli Polimer Matris Kompozitlerde (KFTP) Arayüz Toklaştırma Amacıyla Kullanımıtr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesistr_TR
dc.description.ozetKompozit malzemeler yüksek mukavemet ve düşük ağırlık avantajları sebebi ile özellikle havacılık sektöründe sıklıkla tercih edilmekte ve kullanım oranları giderek artmaktadır. Tabakalı kompozitlerde gözlenen düşük tabakalar arası tokluk ve buna bağlı delaminasyon problemlerinin çözümüne yönelik olarak, kırılgan yapıdaki tabaka ara yüzlerine; toklaştırıcı partiküller, filmler veya farklı boyutlarda fiber yapıların eklenmesiyle çatlak ilerlemesine karşı daha iyileştirilmiş özellikler kazandırılabilmektedir. Bugüne kadar, elektroeğirme yöntemi kullanılarak elde edilmiş polikaprolakton (PCL), poliakrilonitril (PAN), polivinilidin florür (PVDF), polisülfon (PS), naylon 6,6 (N6,6) gibi tekil polimer nanofiberlerinin tabakalararası kırılma tokluğuna etkileri farklı kompozit sistemlerinde incelenmiştir. Bunun yanında, tekil polimerler yerine, birden fazla polimerin gerek tabakalar halinde, gerek çoklu nozul kullanılarak aynı anda elektroeğirilmesiyle, gerekse çekirdek kabuk yöntemi ile bir araya getirilmesi ile elde edilen polimer karışımlarının kullanımına da rastlanmaktadır. Tekil bir polimerin veya kopolimerlerin çok duvarlı karbon nanotüp (ÇKDN) eklentileriyle elektroeğirilerek tabakalar arasına eklendiği ve grafen (G) veya grafen oksit (GO) gibi iki boyutlu karbon bazlı eklentilerin bir polimer matrisi içinde kullanıldığı, “melez” toklaştırıcılara dayalı çalışmalar ise diğer bir kategoriyi oluşturmaktadır. Polimerlerin zincir seviyesinde karıştırılmasıyla elde edilecek nanofiberler ve bu polimer karışımı halindeki nanofiber tabakaların arasına harici olarak püskürtülecek GO parçacıklarıyla oluşturulabilecek yeni “melez” malzemeler, epoksi bazlı KFTP’lerin tabaka ayrışması sırasındaki etkin toklaşma mekanizmalarının sayısını arttırmakta kullanılabilecek ve literatürde henüz örneği olmayan malzemelerdir. Bu çalışmada, naylon 6 (N6) ve PCL belirli kütle oranlarında (N6/PCL: 100/0, 80/20, 60/40, 40/60 ve 0/100) ortak bir çözücüde karıştırıldıktan sonra elektroeğrilmiş ve elde edilen nanofiber tüller KFTP prepreg arayüzlerine aktarılmıştır. Polimer karışımlarından elde edilen sonuçlar ışığında, tül arayüzlerine harici olarak GO parçacıkları eklenmiş ve kompozitlerin Mod I arayüz toklukları belirlenmiştir. Üretilen nanofiberler Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ile incelenmiş ve polimerlerin birleşme oranlarının polimerlerin karışma karakteristiğini etkilediği tespit edilmiştir. Çift Ankastre Kiriş (DCB) testi sonrası ayrılma yüzeylerinin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri incelendiğinde; oluşan farklı karışımların, çatlak ilerlemesine karşı farklı toklaşma mekanizmalarını etkinleştirdiği görülmüştür. En iyi artışların sağlandığı, kütlece 60/40 N6/PCL oranında, karışım arayüz eklentisi yapılmamış referans numunesine göre Mod 1 yönünde GIC başlangıç değerinde %69, GIC ilerleme değerinde %59 artış göstermiştir. 60/40 karışımında, N6 ve PCL polimerlerinin nanofiber içinde faz ayrışması sonucu birbirlerinden ayrı bölgelerde bulunduğu ve bu bölgelerin, arayüzde oluşan çatlağın ilerleyişine karşı direnç oluşturacak bağaçımı, sıyrılma ve köprüleme mekanizmalarını işbirliği içerisinde aynı anda devreye soktuğu tespit edilmiştir. Harici GO eklentisi yapılan çalışmalarda ise, farklı boyutlarda hazırlanmış GO yaprakçıklar kullanılmış, yaprakçıklar nanofiber tüllerinin arasına bir sandviç yapı oluşturacak şekilde püskürtülmüştür. Fakat gerek elektropüskürtme işleminin parametrelerinin optimizasyonunda, gerekse GO parçacıklarını homojen dağıtımı konusunda yaşanılan problemlerden dolayı bu setlerden beklenilen performans elde edilememiştir. Ancak kompozitlerin yük-uzanım davranımında GO eklenmemiş tüllere göre çarpıcı farklılıklar elde edilmiş ve nedenleri tartışılmıştır. Performans düşüklüğünün temel nedeni püskürtme işlemi sırasında GO’i dağıtmak için kullanılan çözücünün elektroeğirilmiş nanofiber katmanlarını çözerek, o bölgedeki nanofiber yapısını bozmuş olmasıdır. Bu şekilde bozulan sandviç yapısında ilerleyen çatlağın, tok tül tabaka yerine gevrek epoksi katmana doğru geçebileceği belirlenmiştir. Tabaka asimetrisi sorunlarının çözümüyle, hem başlangıç hem de ilerleme bölgesinde elde edilmiş dikkat çekici davranım değişikliklerinin mekanik performansı pozitif yönde etkileyecek şekilde kullanılabileceğine dair ön veriler elde edilmiştir.tr_TR
dc.contributor.departmentMakina Mühendisliğitr_TR


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record