Nanopartikül ilavesinin epoksi esaslı kompozit malzemelerde kürlenme davranışlarına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of nanoparticle addition on the curing behavior of epoxy based composite materials
- Tez No: 846932
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT KILINÇEL, DOÇ. DR. GÜLER BENGÜSU TEZEL TANRISEVER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Chemical Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Düzce Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Yapılan çalışma, epoksi-nano partikül birleşiminin kompozit malzemelerin kürlenme kinetiği ve mekanik özellikleri üzerine etkilerinin değerlendirilmesi amacı ile gerçekleştirilmiştir. Kürlenme kinetiği davranışlarının tespit ve değerlendirilmesinde izotermal diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) kullanılırken, mekanik özelliklerin belirlenmesi amacı ile çekme, sertlik ve termal iletkenlik deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bunlara ek olarak numunelerin kürlenme sonrası bağ yapısının detaylı olarak incelenebilmesi için FTIR testleri yapılmıştır. Çalışmalar, Hexion marka ticari Epıkotetm MGS L285 epoksi içerisine ağırlıkça farklı katkı oranlarında TiO2 (% 0.1-% 0.5-% 1.0), Al2O3 (% 0.75-% 1.25-% 2.0) ve grafen nanoplatelet (GNP) (% 0.25-% 0.75-% 1.0) katılarak yapılmıştır. 90-100-120 °C sıcaklıklarda gerçekleştirilen DSC analizlerine ait sonuçlar MATLAB programında (eğri uydurma aracı kullanılarak) modellenmiş ve grafikleştirilmiştir. Matematiksel modellerin oluşturulmasında epoksi-nano partikül sistemlerinin kürlenmesini en iyi tanımlayan model olan Kamal-Sourour kinetik modeli kullanılmıştır. Elde edilen kinetik parametreleri ve her sisteme ait kürlenme reaksiyonları Arhenius yasalarına göre analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre minimum aktivasyon enerjileri Al2O3'te 21.88 kj/mol, TiO2'de 11.12 kj/mol ve GNP'de 9 kj/mol olarak bulunmuş; Kamal modeline en uygun eğrilerin tüm partiküller için 100 °C'de oluştuğu gözlenmiştir. Bir kimyasal reaksiyonun aktivasyon enerjinin düşük olması bu reaksiyonun daha kısa sürede gerçekleşeceğini ifade ettiğinden, %100 kürlenmiş yapıya ulaşmada en anlamlı modelin GNP olacağı düşünülmektedir. İkinci basamak çalışmalarında tespit edilen optimum sıcaklık değerinde (100 °C) her nano partikül siteminin kendi içerisinde en yüksek kürlenme hızına ulaştığı %0.75-1.0-1.25 katkı oranları ortak değer olarak kabul edilerek DSC çalışmaları, çekme, sertlik ve termal iletkenlik analizleri tekrar gerçekleştirilmiştir. En yüksek çekme dayanımına %1.25 Al2O3 katkılı numunelerde ulaşılırken, en yüksek kopma uzamasına %1.0 TiO2 katkılı numunede ulaşılmıştır. Diğer yandan en yüksek sertlik ise % 1.25 Al2O3 katkılı numunede tespit edilmiştir. Saf epoksiye kıyasla çekme dayanımı, kopma uzaması ve sertlikte sırası ile %140.32, % 175, % 7 artış tespit edilmiştir. En yüksek termal iletkenlik değerlerine ise tüm parçacıklar için %1.25 oranında ulaşılmıştır. Termal iletkenlik; referans numune ile karşılaştırıldığında GNP, TiO2 ve Al2O3 katkılı numunelerde sırası ile %123.5, %69 ve %47 artış göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The study was carried out to evaluate the effects of epoxy-nanoparticle combination on the curing kinetics and mechanical properties of composite materials. While isothermal differential scanning calorimetry (DSC) was used to detect and evaluate curing kinetic behaviors, tensile, hardness and thermal conductivity experiments were carried out to determine mechanical properties. In addition, FTIR tests were performed to examine the bond structure of the samples in detail after curing. Studies have shown that TiO2 (%0.1-%0.5-%1.0), Al2O3 (%0.75-%1.25-%2.0) and graphene nanoplatelet (GNP) (0.25%-0.75%) were added to Hexion brand commercial Epikotem MGS L285 epoxy at different weight ratios. It was made by adding %1.0. The results of DSC analyzes performed at temperatures of 90-100-120 °C were modeled and graphed in the MATLAB program (using the curve fitting tool). The Kamal-Sourour kinetic model, which is the model that best describes the curing of epoxy-nanoparticle systems, was used to create mathematical models. The obtained kinetic parameters and the cure reactions of each system were analyzed according to Arhenius laws. According to the analysis results, the minimum activation energies were found to be 21.88 kj/mol in Al2O3, 11.12 kj/mol in TiO2 and 9 kj/mol in GNP; It was observed that the curves best suited to the Kamal model were formed at 100 °C for all particles. Since the lower activation energy of a chemical reaction means that this reaction will occur in a shorter time, it is thought that GNP will be the most meaningful model in reaching a 100% cured structure. At the optimum temperature value (100 °C) determined in the second step studies, DSC studies, tensile, hardness and thermal conductivity analyzes were carried out again, accepting the %0.75-1.0-1.25 contribution rates at which each nanoparticle system reached its highest curing speed as the common value. While the highest tensile strength was achieved in the samples with %1.25 Al2O3 added, the highest elongation at break was reached in the sample with %1.0 TiO2 added. On the other hand, the highest hardness was detected in the sample with %1.25 Al2O3 added. Compared to pure epoxy, an increase of %140.32, %175 and %7 in tensile strength, elongation at break and hardness, respectively, was detected. The highest thermal conductivity values were reached at %1.25 for all particles. Thermal conductivity; Compared to the reference sample, it increased by %123.5, %69 and %47, respectively, in GNP, TiO2 and Al2O3 added samples.
Benzer Tezler
- KNT ve SiO2 nanopartikül ile modifiye edilmiş karbon-cam elyaf/epoksi kompozit plakaların mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of carbon-glass fiber/epoxy laminated composite plates modified with CNT and SiO2 nanoparticles
MUHAMMED BAHADIR ÇALIŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LOKMAN GEMİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞAKİR YAZMAN
- Vakum destekli el yatırma yöntemi ile üretilen Fe2O3 nano parçacık ilaveli tabakalı kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation on mechanical properties of Fe2O3 nanoparticles reinforced laminated composites produced via vacuum assisted hand lay up
MAHMUT ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. AHMET AKDEMİR
- Nanopartikül içeren karbon elyaf epoksi boruların tekrarlı darbe sonrası hasar davranışları
Damage behavior of carbon fiber epoxy pipes which containing nanoparticles, after repeated impact event
ANIL ERDAĞ NOMER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiMersin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEMDUH KARA
PROF. DR. AHMET AVCI
- Nanopartikül takviyeli kompozit malzemelerin kırılma tokluğuna hidrotermal yaşlandırma işleminin etkisi
The effect of hydrothermal aging on the cracking toughness of nanoparticle reinforced composite materials
OĞUZHAN KOSALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiMersin ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEMDUH KARA
- Filaman sarım karbon elyaf/epoksi boruların dinamik davranışına karbon nanotüp ve bor nitrür nano partikül ilavesinin etkisi
The effect of carbon nanotube and boron nitride nanoparticles addition on dynamic behaviour of filament wound carbon fiber/epoxy pipes
SALİM EĞEMEN KARABULUT
Doktora
Türkçe
2017
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AVCI