Geri Dön

Multiphase multiscale particle-nanofiber interactions in composites

Kompozitlerde çok-fazlı ve çok-boyutlu parçacık nano-elyaf etkileşimi

PDF İndir

  1. Tez No: 787918
  2. Yazar: FARZIN ASGHARI ARPATAPPEH
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ALİ GÜLGÜN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering, Textile and Textile Engineering
  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: 285

Özet

Kompozit nanofiberler çeşitli bilim ve mühendislik alanlarında kullanılması artmaktadır. Karışımlarının değiştirilmesiyle ve/veya üretim süreçlerinin değişmesiyle özeliklerinin ayarlanabilir olmaları kompozitlerin ilginç olma sebeplerindendir. Kompozit nanofiberler polimer malzemeler polimer çözeltileri ve parçacık-çözelti karışımlarından elde edilebilir. Bu malzeme kategorisinin malzeme/süreç geliştirme ve malzemelerin tanımlama yenilikleri için yüksek potansiyeli olan bir konu olarak bu tezde aranmıştır. Çeşitli üretim metotları arasından elektro-eğirme çok yönlü ve denenmiş bir teknik olarak bu tezde geniş bir şekilde kullanılmıştır. Elektro-eğirme kompozit nano elyaf polimer kimyası ve birden çok fazın karıştırma yöntemleriyle değişebilmektedir. Bu araştırmada kompozit nanofiberler genellikle epoksi matrisli karbon fiber-takviyeli ve aramid-fiber takviyeli polimerlerin kompozitlerde ara katman olarak kullanılmıştır. Aramid dokulu kumaşlar fenolik yapıştırıcı katmanlar da nano elyafı içlerine almak için kullanılmıştır. Bunlar kompozitlerin ara katmanlarının kırılma tokluğunu arttırmak amacıyla kullanılmıştır. Elektro-eğirme nano elyaf kompozitlerinin tanımlaması malzeme bilimi ve mühendisliğinde önemli bir problemdir. Bu tez çeşitli polimer ve polimer olmayan fazlarının karıştırılmasını odaklanmaktadır. Bu kompozit nanofiberler elektro-eğirme tekniğiyle üretilmektedir. Ayrıca bu tez taramalı elektron mikroskobu vasıtasıyla yeni bir metodu da sunmaktadır. Çeşitleri nano elyaf kompozitler polistiren, poli[stiren-ko-(glisidil metakrilat)], poliakrilonitril, ve poli[akrilonitril-ko-(glisidil metakrilat)] basında polimerlerden üretildi. Çeşitli çok fazlı kompozitler polimerler ve parçacıkların karışımından üretildi. Bu parçacıklar silikon karbür, öğütülmüş karbon fiber ve zirkonya polimorflarından ibarettir. Kompozit nanofiberler tek ve çift elektro-eğirme yöntemiyle üretildi. Bu üretim metotları parçacıkların etrafında ayarlanabilir özellikleri mümkün kıldı. Çeşitli tanımlama metotları kullanıldı. Termogravimetrik analiz, dinamik taramalı kalorimetri, x-ışını kırınım analizi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, evrensel test makinesi ve mikro çentik metodu bu tezde kullanılmıştır. Bilgisayar programı görüntü analizi, istatistik analiz ve veri görselleştirme için kullanılırken MATLAB ve Python'da kodlama yapılmıştır. Genel olarak çok fazlı kompozitler nano elyaf fiber-takviyeli kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirmeyi başardılar ve bir etkili metot olarak gelecekte kompozit tasarımı ve mühendisliğinde kendilerini örnek olarak ortaya koydular. Bu araştırma malzeme ve süreç geliştirme alanında şu yenilikleri içermektedir: 1) bir yeni malzeme olarak poli[akrilonitril-ko-(glisidil metakrilat)] polimerinin sentezi. 2) öğütülmüş karbon fiber içeren çok fazlı yeni bir ara katmanın üretimi, 3) ara yüzeylerin ayarlamasının elektro-eğirme yöntemiyle değiştirme metodunun öne sürülmesi. Ayrıca, bu araştırma ikincil elektron sinyalini yeni bir polimorf tanımlama metodu olarak ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

Composite nanofibers have been of growing interest in various areas of science and engineering. They are intriguing due to tailorable properties by composition and/or the processing methods. Composite nanofibers can be produced from polymer solutions and suspensions with non-polymeric phases for multi-functionality. Material/processing development and materials characterisation aspects of this class of materials have great potential for novelty as also sought in this dissertation. Among the various manufacturing methods, electrospinning is a versatile and established technique as also intensively used in this dissertation. Properties of the electrospun composite nanofibers can be modified by manipulation of the polymer chemistry and hybridization of multiple phases to polymer solutions. In this research, composites nanofibers were mostly used to interleave epoxy matrix carbon and aramid fiber reinforced composites. Aramid fiber woven fabric with phenolic binder layers was also utilized to host the nanofibrous interlayers. They were used as toughening agents of the interlaminar region of these composites. Characterization of electrospun nanofiber composites is a major challenge in materials science and engineering. The present dissertation focuses on the hybridization of several types of polymers and non-polymeric phases which are produced by electrospinning technique. Also, it proposes special characterization methods using scanning electron microscopy. Several nanofiber composites were obtained from polystyrene, copolymerized poly[styrene-co-(glycidyl methacrylate)], polyacrylonitrile, and copolymerized poly[acrylonitrile-co-(glycidyl methacrylate)]. Several multiphase composites were produced through the hybridization of polymers and particles including silicon carbide, milled carbon fibers, and zirconia polymorphs. Composite nanofibers were produced through single and dual electrospinning method, facilitating tailorable properties in the vicinity of particles. Several characterization methods were implemented, including thermogravimetric analysis, dynamic scanning calorimetry, x-ray diffraction analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, optical microscopy, scanning electron microscopy, universal testing machine, and micro-indentation. Computer programming was utilized for image processing, statistical analysis, and data visualization through coding in MATLAB and Python. Overall, multiphase composite nanofibers were able to improve the mechanical performance of composites, standing out as an effective method in the future of the composite design and engineering. This study includes the following novelties in the material development and processing: 1) synthesis of a new polymer by copolymerization of acrylonitrile monomer and glycidyl methacrylate, poly[acrylonitrile-co-(glycidyl methacrylate)], 2) synthesis of new multiphase interlayer with milled carbon fiber, 3) introduction of interface tailoring through dual electrospinning. This study includes a new method of characterization based on the secondary electron signal of polymorphs.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    612335

    A study on coal combustion: Experiments and modelling

    Kömür yanması üzerine deneysel ve nümerik bir çalışma

    BURAK ÖZER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ FEYZA KAZANÇ ÖZERİNÇ

  2. Tez No

    910359

    The design and optimization of multiscale hybrid nanocomposite structures for vibration and buckling behavior

    Çok ölçekli hibrit nanokompozit yapıların titreşim ve burkulma davranışları için tasarımı ve optimizasyonu

    OZAN AYAKDAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HATİCE SEÇİL ARTEM

    DOÇ. DR. LEVENT AYDIN

  3. Tez No

    295528

    Tectonic and magmatic structure of Lake Van basin and its structural evolution, Eastern Anatolia accretionary complex (EAAC), East-Turkey

    Van Gölü havzasının tektonik ve magmatik yapısı ve yapısal evrimi, Doğu Anadolu yığışım karmaşığı (DAYK), Doğu Türkiye

    MUSTAFA TOKER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İklim ve Deniz Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. M. CELAL ŞENGÖR

  4. Tez No

    496507

    Multi-scale self-healing nanocomposite shielding material for aerospace

    Havacılık ve uzay için kendini çok boyutta onarabilen nanokompozit zırh malzemesi

    TAYFUN BEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CÜNEYT ARSLAN

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  5. Tez No

    348680

    Multi scale nature of composite materials: Three case studies

    Kompozit malzemelerin çok boyutlu doğası: Üç örnek durum çalışması

    KAAN BİLGE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Havacılık MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELİH PAPİLA

Geri Dön