Improvement of interfacial toughness of layered composites by using electrostatic flocking technique
Elektrostatik floklama tekniği kullanılarak katmanlı kompozitlerin arayüz tokluğunun geliştirilmesi
- Tez No: 695014
- Danışmanlar: PROF. DR. BORA MAVİŞ, DOÇ. DR. ERHAN BAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Fiber takviyeli kompozit malzemeler, düşük özgül ağırlıkları yanında yüksek mukavemet göstermektedir. Bu nedenle kullanım alanları gün geçtikçe artmaktadır. Tabakalı kompozitlerin kullanım ömrüne etki eden delaminasyon problemine çözüm üretmek önem kazanmıştır. Çözüm olarak, arayüzdeki gevrek matrise; toklaştırıcı parçacık veya tabakalara paralel ek film veya fiberlerden oluşan tül tabakası eklenmesi önerilmektedir. Tabakalara dik yönde boydan boya uygulanan z-pimleme metodu ise bir diğer yöntemdir. Tülleri oluşturan nanofiberlerin veya pimlerin çatlak ilerlemesi sırasında bitişik tabakalar arasında köprüleme mekanizmalarını etkinleştirdiği bilinmektedir. Benzer amaç için, mekanizma olarak z-pimleme metoduna benzetilebilecek, ancak eklentinin yapıldığı yer olarak tül eklemeyle benzeşen, elektrostatik floklamayla; arayüze dik olarak küçük fiber parçalarının (flok) yerleştirilmesi denenmiştir. Daha önceki çalışmalarda, katmanlar arası modifikasyonda daha kısa Naylon 66 (N66) flokların kullanılmasının olası avantajı, 1.3 mm boyunda floklar kullanılarak gösterilmiştir. Bu çalışmada; floklama işleminde, epoksi emdirilmiş karbon fiber kumaşın (prepreg) örgü“tepe ve olukları”nın boyut ölçeğine yaklaşan flokların kullanılmasının, flokların dikey köprüleme konumundaki etkinliklerini arttırabileceği öngörülmüştür. Ayrıca literatürde daha önce arayüze yerleştirilen ticari flokların yüzeylerine, matris – flok etkileşimini arttırmak üzere bir işlevselleştirme işlemi uygulanmamıştır. Çalışma kapsamında; 0.4 mm boyundaki 0.9 dtex N66 floklar, herhangi bir yüzey modifikasyonu olmadan ya da bir amino silan molekülüyle işlevselleştirildikten sonra, floklama sırasında uygulanan farklı voltaj, süre ve uzaklık değerleriyle, prepreg yüzeylerine değişen yoğunluk ve dikliklerde yerleştirilmiştir. Flokların yüzey alan yoğunluğunun kontrolünde ve maksimum diklik oranlarının elde edilmesinde toplam uçuş mesafesinin diğer işlem parametrelerinden daha etkin olduğu tespit edilmiştir. Oluşturulan kompozitlerin Mod I arayüz toklukları belirlenmiştir. En yüksek artışların sağlandığı, işlevselleştirilmiş N66 floklarla üretilmiş kompozitlerde, flok eklenmemiş referans numunesine göre GIC başlangıç ve GIC ilerleme değerinde, sırasıyla %18 ve %35 artış elde edilmiştir. Çift ankastre kiriş (DCB) testi sonrası ayrılma yüzeylerinin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri incelendiğinde; N66 flokların çatlak ilerlemesine karşı bağaçımı mekanizmasını etkinleştirdiği, ancak matris epoksisiyle yetersiz bir kimyasal etkileşim göstermeleri nedeniyle, kolay sıyrılmaya açık hale geldikleri görülmüştür. Diğer yandan, yüzeyleri donanmış floklardaki amino işlevsel gruplar bağaçımını zorlaştırmış ve bu zorlaşan bağaçımı ardına köprüleme pozisyonunda kopmalara yol açmıştır. Yüzey işlemi ve mekanik test prosedürüne yapılacak iyileştirmelerle, arayüz tokluk değerlerinde daha yüksek artışların sağlanması beklenmektedir
Özet (Çeviri)
Fiber-reinforced composites have remarkable strength to weight ratio. Hence, their areas of usage are increasing. Solving the delamination problem that affects service life of layered composites has gained importance. As a solution, addition of toughening particles or interleaves (in the form of films or nanofibrous veils laid parallel to the layers) to the brittle interlayer matrix material have been proposed. Z-pinning applied perpendicular and across the whole lamina is another method. It is known that nanofibers of the veils or the pins activate bridging mechanisms between adjacent layers during crack propagation. For the same purpose, perpendicular placement of small chopped fibers (flock) to the interface was experimented by electrostatic flocking, which is mechanism-wise similar to the z-pinning method, but akin to interleaving with veils in terms of the location of modification. In previous studies, the possible advantage of using shorter Nylon 66 (N66) flocks in interlayer modification was demonstrated using 1.3 mm flocks. In this study, it is hypothesized that the use of flocks with sizes approaching the similar size scale of the hills and troughs forming among the twills of the epoxy impregnated carbon fiber fabric (prepreg) can increase the effectiveness of the flocks in their vertical bridging positions. In addition, commercial flocks which have been used at the composite interface had never been functionalized with the purpose of improving the matrix – flock interface, as far as the available literature concerned. Here, 0.4 mm long 0.9 dtex N66 flocks, with or without an amino silane modification, were coated on prepreg surfaces with variable densities and vertical alignments under the effect of different voltage, time and distance values during flocking. In the control of areal density and obtaining maximum vertical alignment, the total flight distance was found to be more effective than the other process parameters. Mode I interlaminar toughness values of the produced composites were determined. The amino silane-treated N66 flocks which showed the highest increases showed an 18% increase in the GIC initiation value and a 35% increase in the GIC propagation value relative to the unflocked reference sample. Examination of the delaminated surfaces after double cantilever beam (DCB) tests with scanning electron microscope (SEM) revealed the fact that N66 flocks were able to activate a debonding based toughening mechanism, but prone to easy-peeling due to insufficient chemical interaction with the matrix epoxy. On the other hand, amino functionalities in the modified flocks increased the debonding resistance and led to bridging mode failure upon this debonding that was becoming harder. With further modifications to the surface treatment and mechanical test procedures, higher gains in interlaminar toughness values can be expected.
Benzer Tezler
- Investigation of fracture behavior of steel/steel laminates
Çelik/çelik lamine kompozitlerinin kırılma davranışının incelenmesi
MEHMET ŞİMŞİR
Doktora
İngilizce
2004
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Interfacial toughening of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) matrix composites using graphene oxide containing nanofibers
Grafen oksit içeren nanofiberlerin kullanılarak karbon fiber takviyeli polimer matris kompozitlerinin (KFTP) arayüz toklaştırılması
CANSU ÇAYLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN BAT
PROF. DR. BORA MAVİŞ
- Flexibility improvement of short glass fiber reinforced epoxy
Kısa cam elyaf katkılı epoksiye esneklik kazandırılması
ASLIHAN ARIKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TEOMAN TİNÇER
DOÇ. DR. CEVDET KAYNAK
- Karbon fiberlerden imal edilen kompozit yapılarda, fiber yüzey işlemlerinin fiber, ara bölge ve kompozit yapı özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of fiber surface treatments on fiber, interphase, and composite properties of composites made of carbon fibers
SEÇKİN ERDEN
Doktora
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN YILDIZ
- Nano-melez sistemlerin karbon fiber takviyeli polimer matris kompozitlerde (KFTP) arayüz toklaştırma amacıyla kullanımı
Use of nano-hybrid systems in carbon fiber reinforced polymer matrix composites (CFRP) for interfacial toughening
MELİKE KILIÇOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BORA MAVİŞ
YRD. DOÇ. DR. ERHAN BAT