Cure kinetics modelling and cure shrinkage behaviour of AS4/8552
AS4/8552'nin kinetik kürlenme modellemesi ve kürlenme büzüşmesi
- Tez No: 246026
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. NURİ ERSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Bu çalışmada, AS4/8552 epoksi reçine sisteminin pişirme esnasındaki reaksiyon kinetiği ve kalınlığı doğrultusunda kürlenme büzüşmesi incelendi. Çalışma, iki temel iş içermektedir.İlk olarak, Diferansiyel Tarama Kalorimetri (DSC) deneylerinin ölçümlerini kullanarak yeni bir kürlenme modeli oluşturmak için dinamik ve izotermal deneyler yapıldı. Deneylerin dinamik kısımda, 1, 2, 3, 4, ve 5K/dak ısıtma hızları kullanıldı. İzotermal kısımda, 120, 140, 160, ve 180°C sıcaklıkları belirli sureler için uygulandı. Bütün veri gruplarının ölçümleriyle neredeyse tam bir örtüşme oluşturan en uygun kinetik model, difüzyon kontrollü tek aşamalı paralel reaksiyonlu bir surece uymaktadır. Kürlenme sürecinin bütünü, iki reaksiyonun bileşimi şeklinde değerlendirildi. Kürlenme hızı ve kürlenme derecesi arasındaki ilişki, otokatalitik olan on iki parametreli bir modelle tanımlandı. Model, Sourour-Kamal denkleminin değiştirilmiş bir versiyonudur ve ayrıca Rabinowitch, Arrhenius, ve WLF denklemlerini içerir. Parametreleri bulmak için çok değişkenli kinetik analiz kullanıldı. Kiirlenme derecesi kavramına odaklanılarak, yeni modelin tahminleri izotermal deneylerin sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Ayrıca, her izotermal çalışmanın, camsı geçiş sıcaklığı, artık ısı ve kürlenme derecesi değerleri ayrı ayrı kaydedildi. Izotermal deneylerin kürlenme derecesi değerleri model parametrelerini kullanarak doğru bir şekilde tahmin edilebilmektedir.İkinci olarak, otoklavda izotermal DSC deneyleriyle aynı süreler boyunca 120, 140, 160 ve 180°C sıcaklıklarda izotermal olarak önceden pişirilmiş tek yönlü ve çapraz dizilmiş numunelerin ısıl uzama katsayısı, camsı geçiş sıcaklığı ve kalınlığı boyunca kürlenme büzüşmesi değerleri, Dinamik Mekanik Analiz Cihazı (DMA) kullanılıp oda sıcaklığından 250°C'e kadar ısıtılarak , ardından tekrar odasıcaklığına soğutularak elde edilmiş verilere göre hesaplanmıştır. DSC ve DMA numunelerinden elde edilen Tg değerleri karşılaştırıldı. XP numunelerinin sünme değerleri UD numunelerininkilerden her zaman yüksek çıktı. Tg değerleri izotermal ön kürlenme sıcaklığıyla orantılıydı ve numunelerin tipine (UD yada XP) göre değişmedi. Bütün kürlenme tamamlandıktan sonra Tg değerleri tüm numuneler için neredeyse aynıydı. Tg `den yukarıdaki sıcaklıklarda Isıl Genleşme Katsayısı (CTE) değerleri, Tg `den aşağıdakilerden daha fazlaydı. Bazı istisnalar haricinde, XP numunelerinin CTE değerleri UD numunelerininkilerin hemen hemen iki katiydi. Ayrıca, kürlenme tamamlandıktan sonra CTE değerleri azaldı. Sonuçlar, izotermal önceden kürlenme sıcaklıklarının artmasıyla kürlenme büzüşmesi değerlerinin azaldığını açığa cıkardı. 120°C sıcaklığa ısıtılarak bir saat 120°C 'de tutulmuş iki kompozit numune (bir UD, bir XP), üreticilerce tavsiye edilen kürlenme çevrimlerinin kalınlığı doğrultusunda yol açtığı kürlenme büzüşmesi değerlerini incelemede kullanıldı.
Özet (Çeviri)
In this work, the reaction kinetics and through-the-thickness cure shrinkage upon curing of an AS4/8552 epoxy resin system have been studied. The study included two major works. Firstly, dynamic and isothermal experiments were performed to develop a new cure kinetics model using the measurements of the Differential Scanning Calorimetry (DSC) experiments. In the dynamic part of the experiments, 1, 2, 3, 4, and 5K/min rates were used. In the isothermal part, 120, 140, 160, and 180?C temperatures were applied for certain durations. The most appropriate kinetic model that produces a nearly perfect fit of the scans of all data sets corresponds to a process with a single-step parallel reaction with diffusion control. The whole curing process was treated to be composed of two cure reactions. The relationship between cure rate and degree of cure was simulated by the autocatalytic twelve-parameters model. The model is a modified version of the Sourour-Kamal equation and also involves the Rabinowitch, Arrhenius, and WLF(Williams Landel Ferry) equations. Multivariant kinetic analysis were used to evaluate the parameters. The predictions of the new model were compared with the results of isothermal experiments by focusing the degree of cure concept. Also, the glass transition temperatures, the residual heats, and the degree of cure values for each isothermal study were noted separately. The degree of cure values of isothermal experiments can be correctly predicted using the model parameters.Secondly, the coefficient of thermal expansion, the glass transition temperature, and the through-the-thickness cure shrinkage strain values of the unidirectional and cross-ply samples, which were precured at 120, 140, 160, and 180?C temperatures isothermally for the durations same as the isothermal DSC experiments in the autoclave, were calculated according to the data obtained by heating from room temperature up to 250?C and cooling back to the room temperature using a Dynamic Mechanical Analyzer (DMA). The Tg (Glass Transition Temperature) values obtained by DSC and DMA samples were compared. The strain values of XP(crossply) samples were always higher than the UD(unidirectional) samples. The Tg values were proportional to the isothermal precure temperature and did not change in accordance with the type of sample (UD or XP). After the whole cure completed, the Tg values were nearly same for all samples. The Coefficient of Thermal Expansion (CTE) values above Tg are much larger than that below Tg. Without some exceptions, the CTE values of XP samples are nearly twice of those of UD samples. Also, after the curing is completed, the CTE values decreases. The results showed that as the isothermal precure temperature increased the cure shrinkage strain values decreased. Two composite samples (one UD, one XP), which were heated to 120?C and held at 120?C for one hour, were used to investigate the through-the-thickness cure shrinkage strain values of the Manufacturer?s Recommended Cure Cycle (MRCC). Also, two completely cured composite samples (one UD, one XP) were tested to find the CTEs and Tgs of fully cured samples.
Benzer Tezler
- Plastik matriksli kompozit malzemelerde akış analizi ve uygulamaları
Flow analysis in plastic matrix composite materials and its applications
ERKAN BİBER
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. MEHMET EMİN YURCİ
- POSS ile takviye edilmiş doğal kauçuk hamurlarının vulkanizasyon kinetiğinin DSC ve reometre ile incelenmesi
Effects of POSS nanoparticles on the vulcanization kinetics of natural rubber compounds
EBRU ÜÇTEPE
Doktora
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
- Mathematical modeling and simulation of photopolymerization process
Fotopolimerizasyon sürecinin matematiksel modellenmesi ve simulasyonu
GÖKÇEN ALEV ALTUN ÇİFTÇİOĞLU
Doktora
İngilizce
2008
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL ERSOY MERİÇBOYU
- Araç lastiği pişirme sürecinin modellenmesi
Modeling of tyre curing process
BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
Doktora
Türkçe
2009
Kimya MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VELİ DENİZ
- Nanopartikül ilavesinin epoksi esaslı kompozit malzemelerde kürlenme davranışlarına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of nanoparticle addition on the curing behavior of epoxy based composite materials
GÜLDEN KABAKÇI
Doktora
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiDüzce ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT KILINÇEL
DOÇ. DR. GÜLER BENGÜSU TEZEL TANRISEVER