Production and characterization of fiber reinforced polymer composites by additive manufacturing method
Fiber takviyeli polimer kompozitlerin eklemeli imalat yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 821517
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR SEYDİBEYOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Mechanical Engineering, Engineering Sciences, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 163
Özet
Polimer malzemelerin eklemeli imalat teknolojisiyle üretilmesi günümüzde eğilim olan önemli bir konudur. Eklemeli imalat yöntemi ile yüksek performanslı polimer ürünlerin üretilmesi konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Mevcut durumda eklemeli imalat yöntemlerinden erimiş filaman ekstrüzyonu (FFF) yönteminde çok çeşitli polimerler işlenebilmektedir. FFF yönteminde genel olarak saf polimerler tercih edilmektedir FFF yönteminde kullanılan bazı polimerler düşük mekanik özellikler göstermekte, mühendislik alanındaki uygulamaları kısıtlamaktadır. Yüksek performanslı polimerlerin üretilmesi ise oldukça pahalı ve erime sıcaklıklarının yüksek olması sebebiyle FFF ile işlenmesi zordur. Bu sebeple saf polimerlerin mukavemet özelliklerini iyileştirmek amacıyla kısa lif takviyesi yapılmıştır. FFF yönteminde üretim gerçekleştirebilmek için tez çalışmasında kısa lif katkılı polimer matrisli filamentler geliştirilmiştir. Geniş uygulama alanı, üstün mekanik, termal ve kimyasal özellikleri sebebiyle poliamide matris malzemesi olarak belirlenmiştir. Geliştirilen filamanlar pahalı ve işlenmesi zor malzemelerin yerini alabilecek, standart FFF cihazları ile kolay işlenebilen ürün geliştirilecek ve test edilebilir ürünlerin üretilmesi sağlanacaktır. Bu alanda kullanılan malzeme çeşitliliğinin artması FFF yöntemi ile üretilmiş ürünlerin endüstriyel kullanım alanını arttırılacak ve kompozit yapıların plastik enjeksiyon, vakum infüzyon veya basınçlı kalıplama olmaksızın imal edilmesi sağlanacaktır. Lif takviyeli polimer filamanlar ile havacılık, savunma, otomotiv ve medikal sektörleri başta olmak üzere kompleks geometrili ürünlerin düşük maliyetli olarak üretilmesine imkan sağlanacaktır. Lif takviyeli polimer kompozit filamanların FFF yöntemi ile üretilmesinde karşılaşılan en önemli problem, katmanların yeterli birleşmemesi ve mikro ara yüzeylerin oluşmasıdır. Bu kusurların giderilmesi bu yöntem ile üretilen nihai ürünlerin mekanik performanslarını arttıracaktır. Bu kapsamda tez çalışmalarının ilk aşamalarından karbon, cam ve hibrit (karbon/cam) fiber takviyeleri poliamide 6 matrisli filamanlar geliştirilmiş, numune üretimleri ve karakterizasyonlar yapılmıştır. FFF yöntemi ile farklı üretim parametrelerinin mekanik özellikleri incelenmiş ve proses parametreleri optimize edilmiştir. İkinci aşamada ise matris-fiber ara yüzeylerini iyileştirmek ve mekanik özelliklerini arttırmak amacıyla cam ve karbon fiberlere nanoselüloz katkısı gerçekleştirilecektir. Modifiye edilmiş fiberler kullanılarak aynı filamentler geliştirilmiş, FFF yöntemi ile numune üretimi gerçekleştirilip karakterizasyonlar yapılmıştır. Geliştirilen hibrit kompozit yapılar yenilikçi bir yaklaşım olup maksimum çekme mukavemeti değerlerinde saf PA6'ya oranla 3 katı artış sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
The production of polymer materials with additive manufacturing technology is an important issue that is a trend today. Studies are carried out on the production of high-performance polymer products with the additive manufacturing method. Currently, a wide variety of polymers can be processed in the Fused Filament Fabrication (FFF) method, one of the additive manufacturing methods. Pure polymers are generally preferred in the FFF method. Some polymers used in the FFF method show low mechanical properties, limiting their applications in the field of engineering. High-performance polymers are expensive to produce and difficult to process with FFF due to their high melting temperatures. For this reason, short fiber reinforcement was used to pure polymers' strength properties. To carry out production in the FFF method, short fiber-reinforced polymer matrix filaments were designed in the thesis study. Polyamide has been determined as a matrix material due to its wide application area and superior mechanical, thermal, and chemical properties. Designed filaments will be able to replace expensive and difficult-to-process materials, products that can be easily processed with standard FFF devices will be designed and testable products will be produced. The increase in the variety of materials used in this field will increase the industrial usage area of the products produced by the FFF method and it will be possible to manufacture composite structures without injection molding, vacuum infusion, or pressure molding. With fiber-reinforced polymer filaments, it will be possible to produce low-cost products with complex geometries, especially in the aerospace, defense, automotive, and medical industries. The most important problem in the production of fiber-reinforced polymer composites by the FFF method is the insufficient bonding of the layers and the formation of micro interfaces. Elimination of these defects will increase the mechanical performance of the final products produced by this method. In this context, carbon, glass, hybrid (carbon/glass) fiber reinforcements, and polyamide 6 matrix filaments were designed from the first stages of the thesis studies, and specimen production and characterizations were made. The mechanical properties of different production parameters examined with the FFF method process parameters were optimized. In the second stage, nanocellulose was added to glass and carbon fibers to improve the matrix-fiber interfaces and increase their mechanical properties. The same filaments were produced using modified fibers, and specimen production and characterizations were made with the FFF method. The designed hybrid composite structures are an innovative approach and their maximum tensile strength values are increased by 3 times compared to pure PA6.
Benzer Tezler
- Alev geciktiricili termoset kompozitlerin UP ve UV reçine ile tamir edilmesi sonrası mekanik özellikleri ve karakterizasyonu
Mechanical properties and characterization of flame retardant thermoset composites after repair with UP and UV resin
HÜRREM CANITEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriBursa Teknik ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU
- Ark deşarj yöntemi ile bor nitrür nano levha üretimi karakterizasyonu ve karbon kumaş/epoksi kompozitlerin mekanik özelliklerine katkısının incelenmesi
Production and characterization of boron nitride nano plates via arc discharge and their contribution to mechanical properties of carbon fiber / epoxy composites
HASAN ULUS
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AVCI
- Farklı polipropilen matris ve silisyum karbür katkı oranlarına sahip polimer kompozit fiberlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of polymer composite fibers with different polypropylene matrix and silicon carbide additive ratios
ALİ YERLİYURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL
- The production and characterization of high thermal conductive coatings for electronic applications
Elektronik uygulamalar için yüksek ısı iletken kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
SUNA AVCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNEM ÇEVİK
- Uçak uçuş kontrol kumanda yüzeyleri ve havacılık nano takviyeli hibrit kompozitlerin hasar analizlerinin termografi yöntemi ile yapılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of the feasibility of damage analysis of airplane flight control control surfaces and aviation nano-reinforced hybrid composites using thermography method
CAHİT BİLGİ
Doktora
Türkçe
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGE DEMİR