Damage tolerance of toughened epoxy resins at low temperatures
Modifiye epoksi reçinelerin düşük sıcaklıklarda hasar toleransı
- Tez No: 766117
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ALİ GÜLGÜN, PROF. DR. YUSUF ZİYA MENCELOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Engineering Sciences, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 57
Özet
Özet Epoksiler, yapısal yapıştırıcılar, kaplamalar ve fiber takviyeli polimer kompozit matrisleri gibi birçok mühendislik uygulamasında yaygın olarak kullanılan yüksek performanslı ısıyla sertleşen polimerlerdir. Bunun yanı sıra, olağanüstü mekanik özelliklere, kimyasal dirence ve yüksek sıcaklık özelliklerine sahiptirler. Bununla birlikte, yüksek düzeyde çapraz bağlı epoksi ağları doğal olarak kırılgandır ve bu nedenle epoksi reçineleri, diğer polimerlere kıyasla çatlak yayılmasına karşı düşük bir direnç gösterir. Bu arada, kırılma dirençlerini geliştirmek için çok sayıda yöntem kullanılmaktadır. Örneğin, elastomerler, çekirdek-kabuk parçacıkları veya alan çökeltme yoluyla ikinci bir faz, daha büyük plastik deformasyonu sağlamak için epoksiye eklenir. Karbon nanoparçacıklarla güçlendirme de araştırılmıştır. Epoksi reçinelerin ve elyaf takviyeli plastiklerin yeni uygulamaları, özellikle iklim değişikliğinin CO2 emisyonunu düşürme zorluklarıyla ilgili olarak umut verici bir kahraman olarak dünya sahnesine geri dönüşü deneyimleyen gelişen hidrojen ekonomisinde bulunabilir. Sıvı hidrojenin kriyojenik koşullarda tutulması ve basınçlandırılması gerektiğinden, hidrojen depolama kapları kriyojenik sıcaklık koşullarına göre tasarlanmalıdır. Kompozitler, çok düşük sıcaklıklara dayanabilmeli ve ani büyük sıcaklık değişimleri karşısında bile işlevlerini sürdürebilmelidir. Ayrıca, eşit membran gerilmelerine neden olan tek tip basınca maruz kalan uygulamalar için ağırlık tasarrufu sağlayabilirler. Çoğu malzeme gibi, epoksi reçine de düşük sıcaklıklarda oda sıcaklığından çok daha kırılgan davranır. Yaygın sertleştiriciler bu tür sıcaklıklar için tasarlanmamıştır ve bazen malzeme“donduğunda”artık çalışmayan mekanizmalara dayanır. Bu çalışma, çekirdek-kabuk kauçuğu (ÇKK), elastomer partikülleri veya karbon nanotüpler (KNT'ler) gibi ikinci bir faz ile modifiye edilmiş kürlenmiş bir epoksi polimerin mekanik özelliklerini, kırılma performansını ve sertleşme mekanizmalarını araştırmaktadır. Epoksi reçinenin kırılma tokluğunu arttırmak için çekirdek-kabuk kauçuğu, elastomer ve karbon nanotüp (CNT'ler) sertleştiriciler farklı içerik oranları kullanılarak dahil edildi. Tek kenar çentikli eğilme (SENB) testleri ortam, -40 °C ve -80 °C gibi farklı sıcaklık koşullarında gerçekleştirilmiştir. Mekanik test sonuçları, -40 °C'de modifiye edilmiş epoksinin kırılma enerjisinin, ağırlıkça %30 elastomer parçacıklarının eklenmesiyle 461 kJ/m2'den 610 kJ/m2'ye yükseldiğini gösterdi. Sıcaklık düştüğünde, kırılma enerjisinde gözlemlenen en büyük artışlar ağırlıkça %0.3 CNT'ler ve ağırlıkça %30 elastomer parçacıkları içindi. Bu tür sistemler için sertleştirme mekanizmalarının, silika kolyelerin kauçuk-parçacık kavitasyonu ve boşluk büyümesi ve bağların ayrılması ve plastik boşluk büyümesi olduğu varsayılmıştır.
Özet (Çeviri)
Abstract Epoxies are high performance thermosetting polymers widely used in many engineering applications such as structural adhesives, coatings, and matrices of fiber reinforced polymer composites. They possess exceptional mechanical properties, chemical resistance, and high temperature properties. However, the highly cross-linked epoxy networks are inherently brittle, and therefore epoxy resins show a low resistance to crack propagation compared to other polymers. Meanwhile, numerous methods are used to improve their fracture resistance. For example, elastomers, core-shell particles or a second phase via domain precipitation are added to the epoxy to enable larger plastic deformation. Reinforcement with carbon nanoparticles has also been investigated. New applications of epoxy resins and fibre-reinforced plastics can be found in the burgeoning hydrogen economy, which experiences a come-back to the world-stage as a promising protagonist especially with regards to the challenges of climate change to lower the CO2 emission. Since the liquid hydrogen has to be kept in cryogenic conditions and pressurized, the hydrogen storage vessels should be designed based on cryogenic temperature conditions. The composites must be able to withstand very low temperatures and retain their functions even in face of sudden major temperature changes. In addition, they can lead to weight savings for applications where are subjected to uniform pressure that causes equal membrane strains. Like most materials, epoxy resin behaves much more brittle at low temperatures than at room temperature. Common tougheners are not designed for such temperatures and are sometimes based on mechanisms that no longer function when the material is“frozen”. This present work investigates the mechanical properties, fracture performance and toughening mechanisms of a cured epoxy polymer modified by a second phase such as core-shell rubber (CSR) , elastomer particles or carbon-nanotubes (CNTs). To enhance fracture toughness of the epoxy resin, core-shell rubber, elastomer, and carbon nanotube (CNTs) tougheners were incorporated using different content ratios. The single edge notched bending (SENB) tests were carried out at different temperature conditions such as ambient, -40 °C and -80 °C. Mechanical test results showed that fracture energy of the modified epoxy at -40 °C increased from 461 kJ/m2 to 610 kJ/m2 with the addition of 30 wt.% elastomer particles. When the temperature lowers, the largest increases in fracture energy observed were for 0.3 wt.% CNTs and 30 wt.% elastomer particles. The toughening mechanisms for such systems were postulated to be rubber-particle cavitation and void growth and debonding and plastic void growth of the silica necklaces.
Benzer Tezler
- Low-velocity impact damage tolerance of composite laminates with interlaminar hybrid toughening via core-shell-rubber particles and non-woven thermoplastic fibre veils
Arayüzleri çekirdek kabuk kauçuk partiküller ve dokusuz termoplastik matlar ile birlikte hibrit toklaştırılmış kompozit laminatların düşük hızlı darbe toleransı
MEHMET ÇAĞATAY AKBOLAT
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık MühendisliğiThe University of ManchesterKompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. KALI BABU KATNAM
- The effect of deformation rate on the damage tolerances of nomex honeycomb cored composite sandwiches
Nomex bal peteği dolgulu kompozit sandviçlerde deformasyon hızının hasar toleransına etkisi
MUHAMMET ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GÜDEN
- Investigation of impact behavior of laminated hybrid composite plates
Tabakalı hibrit kompozit plakaların darbe davranışının araştırılması
MEHMET BULUT
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMekanik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ERKLİĞ
YRD. DOÇ. DR. EYÜP YETER
- Yüzey plaka kalınlığı ve çekirdek malzeme farklılığının karbon takviyeli sandviç kompozit yapıların hasar toleransına etkisinin araştırılması
An investigation of skin thickness and core material varietyon damage tolerance of carbon fiber reinforced sandwichcomposite structures
ERDİNÇ KURŞUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBaşkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER FARUK ELALDI
- Experimental and numerical investigation of the impact resistance and impact damage tolerance of a carbon fiber reinforced thermoplastic polyphenylene sulfide (PPS) matrix composite
Karbon fiber takviyeli termoplastik polifenilen sülfit (PPS) matris kompozitin darbe direncinin ve darbe hasar toleransının deneysel ve nümerik araştırılması
SEMİH BERK SEVEN
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GÜDEN
PROF. DR. ALPER TAŞDEMİRCİ