Geri Dön

Enhancement of interfacial interactions in fiber-reinforced polymeric composites with multifunctional carbon nanomaterials

Çok işlevli karbon nanomateryaller ile elyaf takviyeli polimerik kompozitlerde arayüz etkileşimlerinin geliştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 859197
  2. Yazar: AYŞE DURMUŞ SAYAR
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN ÜNAL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 235

Özet

Fiber takviyeli polimer kompozitler (FRP'ler), yüksek mukavemet-ağırlık oranı ve ayarlanabilir mekanik özellikler gibi üstün özelliklerinden dolayı birçok alanda metaller de dahil olmak üzere geleneksel malzemelerin yerini almaya devam ediyor. Ayrıca, FRP'ler dikkate değer düzlem içi özellikler, dayanıklılık ve korozyon direnci gösterirler. Ancak, FRP'lerin bu üstün özelliklerine rağmen, aynı zamanda lif matris çatlama, yorgunluk ve delaminasyon, ve sınırlı kırılma dayanıklılığı gibi birçok dezavantajları vardır. Bu nedenle, mikroskala lif ve polimer matris arasındaki etkileşimlerin daha iyi anlaşılması ve şekillendirilmesi, daha güçlü, daha dayanıklı ve daha hafif kompozit malzemelerin çeşitli endüstriler, özellikle havacılık için gereksinimlerini karşılamak için hayati öneme sahiptir. Bu tezde, karbon fiber takviyeli, epoksi bazlı kompozitlerde bu etkileşimleri iyileştirmek amacıyla iyonik ve üre grupları ile süslenmiş çok fonksiyonlu karbon nanomalzemeler (KNM'ler) tasarlandı ve lif-matris arayüzeyine entegre edildi. Bu amaçla, FRP'lerin imalatından önce karbon fiber kumaş yüzeyine sulu dispersiyonlardan çok fonksiyonlu KNM'lerin homojen ve düzgün bir şekilde ultrasonik püskürtme yöntemi ile uygulanması için yeni bir yöntem kullanıldı. Bu tezde kullanılan çok fonksiyonlu strateji, organik çözücülerin kullanımını ortadan kaldırarak çevre dostu bir şekilde KNM'lerin su ortamında homojen bir şekilde dispers edilmesine ve FRP'lerin imalatından önceki ön işlem yöntemi ve otoklav sertleşmesi ile üretilen FRP'lerin lif-matris arayüzeyinde ikincil etkileşimlerin (yani, hidrojen bağlanma) yüksek derecede tanıtılmasına izin verdi. FRP'lerde lif-matris arayüzeyindeki etkileşimleri daha da artırmak için, çoklu fonksiyonel uç gruplarına sahip su bazlı hiperdallı poliüretan dispersiyonları (HBPUD) tasarlandı ve sentezlendi; bunlar, KNM'lerin varlığında karbon fiber kumaş yüzeyine ultrasonik püskürtme yoluyla uygulandı. Bu tezde, ultrasonik püskürtme sırasında HBPUD:KNM oranı, karbon fiber üzerine depolanan toplam KNM miktarı ve ultrasonik püskürtme sırasında HBPUD'lerdeki fonksiyonel uç gruplarının türünün, sonuçlanan FRP'lerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi sistemli olarak araştırıldı.

Özet (Çeviri)

Fiber-reinforced polymeric composites (FRPCs) continue to replace conventional materials including metals in many fields because of their prominent features such as high strength-to-weight ratio and tunable mechanical properties, especially in structural engineering applications requiring lightweight. In addition, FRPCs display notable in-plane features, durability, and corrosion resistance. Although FRPCs have such superior properties, they also suffer from many disadvantages, including poor out-of-plane properties resulting in fiber matrix cracking, fatigue and delamination, and limited fracture toughness. Therefore, a better understanding and tailoring of the interactions between the micro-scale fiber and the polymer matrix is crucial in addressing the needs for stronger, more durable, and lighter-weight composite materials for various industries including the aerospace. In this dissertation, multifunctional carbon nanomaterials (CNMs) decorated with ionic and urea groups were designed and incorporated into the fiber-matrix interface, in an effort to enhance these interactions in carbon fiber reinforced, epoxy-based composites. For this purpose, a novel, ultrasonic spray deposition method was used for the homogeneous and uniform introduction of multifunctional CNMs from their aqueous dispersions onto carbon fiber fabric surface prior to the manufacturing of FRPCs. The multi-functionalization strategy utilized in this dissertation not only allowed a homogeneous dispersion of CNMs in water for their ultrasonic spray deposition in an environmentally friendly manner by eliminating the use of organic solvents, but also offered a high degree of secondary interactions (i.e. hydrogen bonding) at the fiber-matrix interface of FRPCs manufactured by the prepregging method followed by autoclave curing. To further enhance the fiber-matrix interfacial interactions in FRPCs, waterborne, hyperbranched polyurethane dispersions (HBPUD) with a multitude of functional end-groups were designed and synthesized, which were deposited onto the carbon fiber fabric surface in the presence of CNMs by ultrasonic spray deposition. The effect of HBPUD:CNM ratio during the ultrasonic spray deposition, the total amount of CNM deposited onto the carbon fiber, and the type of functional end-groups on HBPUDs on the mechanical properties of resulting FRPCs was systematical investigated in this dissertation.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    566192

    Tailoring interfacial interactions in fiber reinforced polymeric composites by the electrospray deposition of waterborne carbon nanotubes

    Fiber takviyeli polimerik kompozitlerin ara yüzlerine elektrosprey kaplama yöntemiyle su bazlı karbon nanotüp ekleme

    MURAT TANSAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Metalurji MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN ÜNAL

  2. Tez No

    389491

    Designed-in molecular interactions and cross-linking interface for superior nanocomposites: A multi-scale insight

    Moleküler etkileşimlerin ve çapraz bağlanmış arayüzün üstün nanokompozit malzemeler için tasarımı:Bir çok-boyutlu anlayış

    ELİF ÖZDEN YENİGÜN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELİH PAPİLA

  3. Tez No

    540209

    Biomimetic approaches for the fabrication of hollow fiber nanofiltration membranes

    Biyomimetik yaklaşımlarla içi boşluklu nanofiltrasyon membran üretimi

    REYHAN ŞENGÜR TAŞDEMİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Biyokimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU

  4. Tez No

    853528

    Fabrication of lightweight and durable thermoplastic composites for injection molding with the integration of waste-driven reinforcing materials

    Atıklardan elde edilen katkı malzemelerinin entegrasyonu ile hafif ve dayanıklı termoplastik kompozitlerin enjeksiyon kalıplama için üretimi

    KURAY DERİCİLER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN

  5. Tez No

    810415

    Enhancement of interfacial properties for high performance polyethylene fibers produced via gel spinning

    Jel çekme yöntemi ile üretilen yüksek performanslı polietilen liflerin arayüz özelliklerinin geliştirilmesi

    OĞUZ KAĞAN ÜNLÜ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

Geri Dön