High temperature processable nanofibrous interlayers for composite structures
Yüksek sıcaklık dayanımlı nanolif arayüzlerin kompozit yapılara uygulanması
- Tez No: 418654
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MELİH PAPİLA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Engineering Sciences, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 60
Özet
Kompozit malzemelerin nano-boyuttaki mühendislik çalışmaları ve uygulamaları yaygınlaşmakta olan bir araştırma alanıdır. Araştırmacılar bahsedilen mühendislik çalışmalarını yeni üretim yöntemleri ve son zamanlarda keşfedilen ve umut verici özelliklere sahip olan nano-boyuttaki malzemelerle bir bütün olarak ele alıp bunlar üzerine yoğunlaşmaktadır. Malzeme özellikleri farklı zaman ve boyut ölçeklerinde hesaplanan nano-mühendislik ürünü kompozit malzemeler“disiplinler arası”ve“çok-ölçekli”bir araştırma anlayışı gerektirmektedir. Yapısal kompozit malzemelerde kullanılan“katmanlar arası güçlendirme”yöntemi birçok toklaştırma mekanizmasından biridir ki bu laminalar arası bölge kompozit malzemelerin en zayıf bölgesi olarak addedilmektedir ve çalışmaların odak noktasında bulunmaktadır. Nano-katmalar arası güçlendirme stratejisi, nano ölçekli takviye malzemelerinin laminalar arası bölgeye entegrasyonunu sağlayarak, mekanik performansı minimum ağırlık artışı ile arttırmayı amaçlamaktadır. Bahsedilen stratejiyi baz alarak bu tez çalışmasında, ilk olarak katmanlar arası güçlendirme potansiyeli kanıtlanmış olan P(St-co-GMA) nanofiberlerinin morfolojisi üzerinde camsı geçiş sıcaklığının etkisi gözlenmiştir. İkincil olarak da ısıl etki ile yerinde çapraz bağlanan ve içerisinde çapraz bağlayıcı ihtiva eden solüsyonların sorunsuz ve devamlı elektro-dokuması sağlanmıştır. Ayrıntılandırmak gerekirse bu tez iki alt kısım içermektedir. Isıl etki ile kendiliğinden çapraz bağlanabilen nanoliflerin elektro-dokuması: P(St-co-GMA) nanoliflerine Stimuli-kendiliğinden-çapraz bağlanabilme özelliği, çapraz bağlayıcı (Ftalik Anhidrid) başlatıcı (Tribtilamin) eklenerek kazandırılmıştır. Sıcaklıkla aktive olan çapraz bağlanma prosedürü oda sıcaklığında her hangi bir reolojik problemle karşılaşılmaksızın nanolif üretimini mümkün kılmıştır.Çapraz bağlanma reaksiyon sonrasında ftalik anhidrid harcanmasına bağlı olarak FT-IR spektrumunda aktif uçların kopolimer içeriğindeki epoksid halkası ile bağ yaparak kaybolması ve şişme testleri ile karakterize edilmiştir. Nanoliflerin art kimyasal işlem gerekmeksizin camsı geçiş sıcaklıkları 30 ºC arttırılmıştır. Çapraz bağlanma öncesi ve sonrası morfolojik değişimler taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri ile incelenmiştir. Yerinde çapraz bağ lanabilen nanoliflerin yapısal kompozitlere uygulaması: Termal stabilite çalışmalarında oluşturulan çapraz bağlanma reçetesi P(St-co-GMA) nanofibelerinin camı geçiş sıcaklıklarının aşılması gereken kürlenme prosedürüne sahip yapısal kompozitlere polimerik nanolif olarak uygulanmak üzere bir çalışma oluşturulmuştur. Hipotez stimuli-kendiliğinden-çapraz bağlanabilen nanoliflerin kürlenme sırasında hem kendi aralarında hem de kompozit içerisinde epokisi ile homojen biçimde çapraz bağlanarak geliştirilmiş mekanik özellik elde etmeyi amaçlamak olarak özetlenebilir. Bu motivasyonla stimuli-kendiliğinden-çapraz bağlanabilen P(St-co-GMA)/PA-TBA ve 150 ºC üzerinde çalışabilen nanolifleri yapısal kompozitlere arayüzey olarak uygulanarak bir deneyler serisi planlanmıştır. Arayüzeylerle katkılandırılmış yapısal kompozitler 3-nokta eğme, düz-kesme kuvvetlerine maruz bırakılmıştır. Mekanik test sonuçları enine kesit ve kırılma yüzeyleri üzerinden taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Yapılan mekanik testlerin sonucunda görülmüştürki mod II delaminasyon mukavemetinde % 80' e varan bir artış gözlenmiş bununla beraber eğilme mukavemetinde % 15 oranında iyileşme gözlenmiştir ve bu sonuçlar belirgin bir ağırlık artışı olmadan sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Nano-engineering of composite materials is an expanding research field, thanks to emerging manufacturing techniques and intriguing properties of nano-scale materials. It requires both“multi-disciplinary”and“ multi-scaled”research insight for achieving the ultimate goal of superior material properties preferably with multifunctionality. Enhancing the mechanical properties such as toughening is arguably the most common interest. Interlayer toughening of structural composite materials is one of the several toughening mechanisms where interlaminar region, being one of the weakest links in composite structures, is at focus for the material solution developed here. Nano-interlayer toughening strategy thus aims to integrate nano-scaled reinforcements to interlaminar regions in order to improve the mechanical performance with minimum weight addition. Following this strategy, this thesis work firstly investigates the effect of glass transition temperature on the morphology of electrospun P(St-co-GMA) nanofibers which are proven to be a potential candidate for interlayer toughening in composite materials thanks to their epoxy compatibility. Secondly it offers a unique way to undisrupted electrospinning of these nanofibers in the presence of crosslinking agents. The goal is to achieve in-situ crosslinking at heat stimuli consistent with typical cure cycles of advanced polymeric composites. The thesis work is divided into two subsections: Heat Stimuli Self Crosslinking of Electrospun Nanofibers: Stimuli-Self –Crosslinking ability is introduced to P(St-co-GMA) nanofibers by the addition of Phtalic Anhydride (PA) as cross-linking agent and tributylamine (TBA) as the catalyst. Heat activated crosslinking procedure enables the manufacturing of cross-linkable nanofibers through electrospinning at room temperature without any rheological problems. A complete cross-linking event is characterized by co-use of FT-IR analysis focusing the consumption of PA and disappearance of available active sites in copolymer and swelling tests. Glass transition temperature of self-cross-linked copolymers increases by 30ºC without any post chemical treatments required, elevated temperature effect on the nanofiber morphology change before and after crosslinking is determined by SEM analysis. In-situ crosslinakable nanofibers for structural composites: The crosslinking recipe optimized in the first part is offered for the incorporation of polymeric nanofibrous interlayers into structural composites where high temperature curing cycle is needed. The hypothesis is that heat stimuli-self crosslinking enables a homogenous crosslinking regime both for nanofibers and epoxy matrix itself during curing which results in better mechanical performance. Following this motivation an example case is demonstrated where stimuli-self-crosslinkable P(St-co-GMA)/PA-TBA nanofibrous interlayers are added to carbon/epoxy prepreg composites cured at 135°C. Interlayered laminates are subjected to three-point bending and mode II fracture toughness tests (end-notched flexure-ENF). Mechanical test results are accompanied by cross-sectional and fracture surface microscopy analysis through Scanning Electron Microscopy (SEM). As a result of mechanical tests a significant increase in resistance against mode II delamination (80%) and flexural strength (15%) with precisely no weight penalty was observed.
Benzer Tezler
- Alüminyum ekstrüzyon kalıpları için kullanılan dağlama çözeltilerine alternatif yüksek performanslı yeni ürün eldesi
Obtaining high performance new product alternative to etching solutions used in aluminum extrusion molds
BARIŞ AKIN
- Çözünür poli(fenilen metilen) sentezi
Synhesis of soluble poly(phenylene methylene)
DENİZ GÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİYAZİ BIÇAK
- Tersinir organik ışık yayan diyotların veriminin arttırılması için arakatman modifikasyonları
Interlayer modifications to enhance the efficiency of inverted organic light emitting diodes
RİFAT KAÇAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİKRET YILDIZ
DOÇ. DR. EMİNE TEKİN
- A systematic research on rational design and synthesis of innovative materials for developing high-performance perovskite solar cells
Yüksek performans perovskit güneş hücresi geliştirilmesi için yenilikçi malzemelerin mantıksal tasarımı ve sentezi üzerine sistematik bir araştırma
ALİEKBER KARABAĞ
Doktora
İngilizce
2023
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFen Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
DOÇ. DR. SAFACAN KÖLEMEN