Geri Dön

Multi scalable design and performance characterization of glass fiber reinforced epoxy composites by incorporation of hexagonal boron nitride in resin and on interfaces

Cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin reçine ve arayüzeylere hegzagonal bor nitrür dahil edilmesi ile çok ölçeklenebilir tasarımı ve performans karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 761696
  2. Yazar: SAMET ÖZYİĞİT
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Engineering Sciences, Polymer Science and Technology, Defense and Defense Technologies
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 77

Özet

Isıl iletkenlik katsayısı özellikle havacılık alanında ısı açığa çıkaran elektronik sistemlerin çevrelerinde etkin ısı dağıtımı sağlanması açısından oldukça önem taşımaktadır. Polimer malzemeler yüksek kimyasal direnç, mekanik dayanım ve hafifilik gibi özelliklerinde ötürü havacılık sistemlerinde oldukça geniş bir yer bulurken; ısıl iletim katsayılarının düşüklüğü kullanım alanını kısıtlamaktadır. Termal iletken partiküllerin kullanımı aynı zamanda yüksek mekanik performans ve yapısal süreklilik sağlamalarından dolayı polimerlerin ısıl iletkenliklerini artırmak için etkin bir yöntemdir. Bu çalışmada havacılık alanındaki en yaygın kullanıma sahip termoset polimerlerden olan epoksinin ısıl iletim katsayısının hegzagonal bor nitrür kullanılarak artırılması amaçlanmıştır. Öncelikle hegzagonal bor nütrürün konsantrasyon seviyesinin epoksinin ısıl iletkenlik ve mekanik özelliklerine etkisini incelemek amacıyla mikron boyutta h-BN partikülleri epoksi içerisine sonikasyon vasıtasıyla homojen bir şekilde dağıtılmıştır. Isıl özellikler h-BN miktarı ile doğru orantılı olarak gelişme gösterirken; mekanik özelliklerde optimum konsantrasyon seviyesinden sonra düşüş gözlenmektedir. En yüksek düzlem içi ve kalınlık boyunca ısıl iletkenlik değeri sırasıyla %107 ve %112 oranlarında artış göstermiştir. Bunun yanısıra, epoksi içerisine %20 h-BN eklenmesiyle çekme modülü değerinde %46.9'luk artış elde edilirken, %10 h-BN eğme modülünü %46.9 oranında geliştirmiştir. Ayrıca, partikül boyutunun ısıl ve mekanik özelliklere etkisini kıyaslamak amacıyla mikron boyutta h-BN partikülleri ile aynı oranlarda nano boyutta h-BN partikülleri epoksi içerisine entegre edilmiştir. Isıl iletkenlik değeri partikül miktarıyla artış göstermektedir ve düzlem içi ve kalınlık boyunca maksimum artış sırasıyla %40.5 ve %35.1 olarak elde edilmiştir ki bu oranlar mikron boyutta h-BN'nin yarısından daha düşük değerlerdedir. Ayrıca, çekme ve eğme modüllerinde de %16 ve %15 oranlarında artış mevcuttur. Çalışmanın ikinci bölümünde ağırlıkça %10 oranında mikron boyutlu h-BN partikülleri tek duvarlı karbon nanotüp kaplı cam fiber takviyeli kompozitlere vakum infüzyon metodu yardımıyla entegre edilmiştir. Karbon nanotüpler epoksi ile cam fiberler arasındaki termal uyumsuzluğu giderirken; %10 h-BN eklenmesiyle de termal iletkenlikte %32 artış gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, yüksek partikül boyutuna sahip h-BN partikülleri kompozit malzemelerin termal performanslarını geliştirmede geniş ve kararlı ısı iletim yolunun oluşumu ve ısıl saçılmaya neden olan arayüzey miktarının azalması nedeniyle etkin bir yaklaşımdır. Ayrıca bu çalışmada, partikül takviyelerin partikül boyu- konsantrasyon ilişkisi araştırılarak polimer matris kompozitlerin ısıl yönetim amacıyla yapısal alanlarda üretimlerine yeni bir bakış açısı kazandırılmış olup bu çalışma kompozit malzemelerin fonksiyonel yeni tasarımları için bir rehber oluşturacaktır.

Özet (Çeviri)

Thermal conductive materials are widely utilized to efficiently dissipate energy especially in the heat-generated electronic systems in aerospace systems. Polymeric materials are selected as structural materials due to their high chemical resistance, mechanical strength, and lightweight; on the other hand, their usage is restricted by their low thermal conductive nature. The particulate filler reinforcements are a promising way to enhance the thermal conductivity of the polymers since these fillers also improve the mechanical properties and preserve the structural consistency of polymers. In this thesis, epoxy is one of the most common thermoset polymers, and the incorporation of micron- and nano-sized hexagonal boron nitride (h-BN) particles in comprehensive weight percentages were performed to evaluate the effect of particle size and loading ratio on thermal conductivity enhancement of epoxy. Firstly, the micron-sized h-BN particles were integrated homogeneously into epoxy to evaluate the effect of the concentration of the h-BN particles on the thermal and mechanical performance of the epoxy by sonication. The thermal performance of the epoxy showed significant enhancement by increasing the concentration of the h-BN particles up to 20 wt%, and the in-plane and through-thickness thermal conductivities of h-BN integrated reinforced epoxy composites improved by 107% and 112%, respectively. On the other hand, the mechanical properties exhibited an upward trend until they reached optimum concentration level, whereby tensile and flexural modulus were improved by 46.9% and 40.6% with the loading h-BN ratios of 20 wt% and 10 wt%, respectively. As a second parameter, the particle size was investigated to determine its effect on the thermal and mechanical properties by incorporation of the nano-sized h-BN in epoxy with the same loading levels. The thermal conductivity performance of the epoxy reached the highest value for 20 wt% h-BN particles with 40.5% and 35.1% enhancement levels in in-plane and through-thickness directions less than the micron-sized h-BN particles reinforced epoxy. In addition, the highest tensile and flexural modulus enhancements were achieved by 16% and 15% by incorporating 20 wt% nano-sized h-BN particles. In the second part of the study, the 10 wt% h-BN particles were integrated into neat and SWCNT coated glass fiber reinforced epoxy composites to enhance the thermal performance of the composites by vacuum infusion method, and a 32% improvement was obtained for the hybrid fabric design having neat and nano-coated fabrics together. In conclusion, the incorporation of h-BN particles with large particle sizes is an efficient way to improve the thermal performance of composite materials due to the construction of thick and stable thermal conductive pathways and the limitation of interfacial phonon scattering areas. The investigation of the particle size-concentration relationship of particulate reinforcements allows new insight in polymer matrix composites to control the thermal management in the structural application and will be a guideway for the development of new designs and multifunctional and multi-scale composites with tailored functionalities.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    403426

    Exploring fusion models in computer vision for medical image computing

    Başlık çevirisi yok

    DUYGU SARIKAYA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolState University of New York at Buffalo

    Dr. JASON J. CORSO

  2. Tez No

    904950

    Design and simulation of readout circuit for superconductor nanowire single photon detectors in cryogenic environments

    Kriyogenik ortamlarda süperiletken nanotel tek foton dedektörleri için okuma devresinin tasarımı ve simülasyonu

    BUĞRA TUFAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET CENGİZ ONBAŞLI

  3. Tez No

    377428

    Application framework for supporting performance isolation in software as a service systems

    Bulut mimarili ve performans yalıtımı sağlayan yazılım geliştirme platformu

    ORHUN ALP ORAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BEDİR TEKİNERDOĞAN

  4. Tez No

    887703

    Textile-based soft robotics for active assistance and rehabilitation

    Aktif destek ve rehabilitasyon için tekstil tabanlı yumuşak robotikler

    AYŞE FEYZA YILMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGÜR ATALAY

    PROF. DR. FATMA KALAOĞLU

  5. Tez No

    856604

    Web portallarında kullanıcı davranışlarının yerinde tespiti ve web madenciliğinde kullanımı için yenilikçi bir yaklaşım

    An innovative approach for on-premises detection of user behaviors on web portals and its use in web mining

    ÖZKAN CANAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya Üniversitesi

    Bilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÜMİT KOCABIÇAK

Geri Dön