Cure cycle determination of neat and nano-reinforced carbon/epoxy composites used in aerospace applications through investigation of cure kinetics by differential scanning calorimetry and rheometer
Havacılık uygulamalarında kullanılan katkısız ve nano-katkılı karbon/epoksi kompozitlerin kürleme kinetiğinin diferansiyel taramalı kalorimetre ve reometre ile incelenmesi ve kür döngülerinin belirlenmesi
- Tez No: 694370
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BEKİR DIZMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Aeronautical Engineering, Engineering Sciences, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Üretim Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Karbon/epoksi kompozit plakalarda epoksi reçine karbon fiberleri bir arada tutan ve yük dağılımını sağlayan bileşen olarak önemli bir göreve sahiptir. Özellikle kesme yükü gerilmelerine ve fiberlere dik doğrultuda oluşan gerilmelere karşı karbon fiber ile epoksi reçinenin ara yüzey bağının iyi olması gerekir. Bunu sağlamak için epoksi reçinenin yapışma ve mukavemet özelliklerinin en yüksek seviyeye çıkarılması ve yapıdaki boşlukların uzaklaştırılması gereklidir. Bu da epoksi reçine kür kinetiğinin iyi incelenmesine bağlıdır. Bu amaçla, bu tez çalışmasında iki farklı reçine ve bu reçinelerden elde edilen prepregler için HP-DSC kullanılarak farklı basınç koşulları altında dinamik ve izotermal testler yapıldı, reometre ile reçine ve prepreglerin reolojik davranışları incelendi ve sonrasında reoloji ve HP-DSC verileri birleştirilerek kür döngüleri oluşturuldu. Önerilen kür döngüleri otoklavda karbon/epoksi kompozit lamina üretimi için uygulandı ve yapılan termal ve mekanik testler ile kür döngüsünün çalışma durumu kontrol edildi. Tezin birinci bölümünde, kullanılan malzemeler, cihazlar ve test yöntemleri tanıtıldı. İkinci bölümde, epoksi reçinenin kür kinetiği ve basıncın kürleme davranışına etkisi literatür bilgileri ışığında incelendi. Sonrasında ise kür kinetiği davranışı farklı basınç, ısıtma hızı ve sıcaklıklar altında HP-DSC ile incelendi. Bu testler reçine ve twill prepregler için yapıldı. Sonuçlar basıncın prepregde kıvrım bölgelerinde bulunan hava kabarcıkları ile proses esnasında su buharının uzaklaşması sonucu oluşan boşlukları uzaklaştırdığı, bu sayede reaksiyon yüzey alanını artırdığı ve reaksiyon entalpisinde artışa neden olduğunu ortaya koydu. Basıncın reçinede kürleşme süresini oldukça artırdığı görüldü. Moleküler hareketliliğin daha uzun sürmesini ve ısı dağılımının daha düzenli olmasını sağlayan düşük ısıtma hızında basıncın etkisinin daha belirgin olduğu gözlemlendi. Reoloji verileri B-derece prepregdeki viskozite değerlerinin reçineden daha yüksek olduğunu gösterdi. 3 ve 7 bar basınç koşulları için belirlenen iki farklı kürleme döngüsü uygulandı ve referans karakterizasyon ve mekanik test sonuçlarının başarıyla sağlandığı görüldü. Üçüncü bölümde ise UD prepregler kullanılarak ilk sisteme benzer test koşulları altında çalışıldı. Tek yönlü fiberlere sahip olan ve kıvrım bölgesi barındırmayan UD prepreglerde entalpi üzerinde basıncın etkisi gözlemlenmedi. Bununla birlikte, nano katkılı ve katkısız UD prepregler arasındaki kürlenme davranışı farklılıkları incelendi. MWCNT'nin kullanılması ile reaksiyon entalpisinde küçük artışlar görüldü ve MWCNT'nin reaksiyon yüzeyini artırdığı için kürlenme hızında artış olduğu sonucuna varıldı. MWCNT ile güçlendirilen prepregin vizkozite değeri daha yüksekti. Son olarak bu prepregler için kür döngüsü belirlendi. 3 ve 7 bar olmak üzere iki farklı basınç kullanıldı. Bu kür döngüleri ile yapılan üretime uygulanan testler sonucunda 3 bar basıncın bu sistemde referans üretim değerlerini sağlamadığı 7 bar basıncın ise sağladığı görüldü.
Özet (Çeviri)
In carbon/epoxy composite laminates, epoxy resin has an important role as a component that holds the carbon fibers together and provides load distribution. Particularly, the interfacial bond between carbon fiber and epoxy resin should be good against shear stresses and stresses occurring in the perpendicular direction to the fibers. In order to achieve this, it is necessary to maximize the adhesion and strength properties of the epoxy resin and to remove the voids in the structure. This depends on a good examination of the epoxy resin curing kinetics. For this purpose, in this thesis, dynamic and isothermal tests were performed under different pressure conditions using HP-DSC for two different resins and prepregs, the rheological behavior of the resin and prepregs were examined, and then rheology and HP-DSC data were combined to determine cure cycles. The proposed cure cycles were applied for the manufacturing of carbon/epoxy composite laminate in the autoclave, and the working condition of the cure cycle was evaluated with the thermal and mechanical tests. In the first part of the thesis, materials, devices, and test methods used were introduced. In the second part, the curing kinetics of epoxy resin and the effect of pressure on the curing behavior were examined in the light of the literature. Afterwards, the curing kinetic behavior was investigated with HP-DSC under different pressures, heating rates and temperatures. These tests were done for resin and twill prepregs. The results revealed that the air bubbles and the voids formed as a result of the removal of water vapor during the process in the crimp zones in the prepreg were evacuated with the application of pressure, which increased the reaction surface area and the reaction enthalpy. The application of pressure considerably increased the curing time of the resin. The effect of pressure was more pronounced at low heating rate since there was more time for molecular mobility at low temperatures and the heat distribution was more uniform. The rheological data showed that the viscosity values of the B-stage prepreg were higher than the resin. Lastly, two different cure cycles determined with 3 and 7 bar pressures were applied, and the reference characterization and mechanical test results were successfully performed. In the third part, UD prepregs were studied under similar test conditions. No effect of pressure on enthalpy was observed for UD prepregs since they have unidirectional fibers and do not have crimp zones. The differences in curing behavior between neat and nano-reinforced UD prepregs were also investigated. Small increases in reaction enthalpy were observed with the utilization of MWCNT in the reactions, and it was concluded that the curing rate increased since the use of MWCNT increased the reaction surface area. It was also observed that the viscosity increased with the incorporation of MWCNT into the structure. Finally, the cure cycle was determined for these prepregs. Two different pressures (3 and 7 bars) were used. As a result of the tests applied to the manufacturing with these cure cycles, it was seen that 3 bar did not provide the reference manufacturing values in this system, while 7 bar pressure did.
Benzer Tezler
- Kızılötesi ısıtma ile kürlenen karbon fiber katkılı kompozit malzemede taguchi yöntemi kullanılarak optimum kür çevriminin belirlenmesi
Determination of the optimum cure cycle of carbon fiber reinforced composite materials using taguchi method
YAKUP OKAN ALPAY
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiDüzce ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLYAS UYGUR
PROF. DR. MEHMET FIRAT
- Mineral katkılı harçlarda mikrodalga ile uygulanan hızlandırılmış kürde en uygun kür çevriminin belirlenmesi
Determination of optimal accelerated microwave cure cycle on mineral additive mortars
DEVRİM AKDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
İnşaat MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLKER BEKİR TOPÇU
- Silika-fenolik kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of silica-phenolic composites prepared with compression molding method
ÖNDER GÜNEY
Doktora
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDEM DEMİRKESEN
- Determination of therapeutic effects of multifunctional micelle-based nanocarriers on breast cancer cells
Çok fonksiyonlu misel nanotaşıyıcıların meme kanseri hücreleri üzerindeki terapötik etkilerinin belirlenmesi
GİZEM TUĞÇE ULU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Biyokimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF BARAN
- Adeziv kaplı seramik braketler ile geleneksel seramik braketlerin mikrosızıntı açısından karşılaştırılması: Bir mikro bilgisayarlı tomografi çalışması
Comparison of microleakage under adhesive precoated ceramic brackets and conventional ceramic brackets: A microcomputed tomography study
GÖKAY ÜSTDAL
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2019
Diş HekimliğiHatay Mustafa Kemal ÜniversitesiOrtodonti Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EYÜP BURAK KÜÇÜK