Modification of polyamide flock fibers and their use in composites
Poliamid flok fiberlerinin modifikasyonu ve kompozitlerde kullanımı
- Tez No: 897484
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HARUN KOKU, PROF. DR. BORA MAVİŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
Elektrostatik floklama, polimerik elyafların yapışkan kaplı yüzeylere dik bir şekilde yerleştirilmesini sağlayan ölçeklenebilir ve uygun maliyetli bir yöntemdir. Buözellik, elektrostatik floklamayı, lamine kompozitlerin kritik hasar modu olarak kabul edilen delaminasyonun üstesinden gelmek için umut verici bir metot haline getirmektedir. Bu çalışmada, lamine kompozitlerin elektrostatik floklama yöntemi ile toklaştırılmasında poliamid 6,6 (PA 6,6) flok fiberleri kullanılmıştır. Ara katman takviyesi uygulamalarında elektrostatik floklamayı kullanan önceki çalışmaların aksine, etkili toklaşma mekanizmalarını aktifleştirmek için PA6,6 flok fiberlerine yüzey modifikasyonları uygulandı. Flok fiberlerinin yüzey alanını arttırarak mekanik kitlenmeyi sağlamak amacıyla yüzey pürüzlendirmesi, yüzey şişmesi bazlı çözücü olmayan kaynaklı faz ayırma metodu kullanılarak araştırıldı. Şişirme çözeltisi konsantrasyonu ve çözücü olmayan ortamın etkisi araştırıldı. Ağırlıkça 70% formik asit ile faz ayrılmasını sağlamak için yeterli şişme elde edildi ve çözücü olmayan olarak bütanol kullanıldığında, birbirlerine bağlı kristal parçacıklardan oluşan pürüzlü morfoloji elde edildi. Ek modifikasyonlar ve epoksi matrisi için aktif bağlanma bölgeleri oluşturmak amacıyla silan fonksiyonelleştirilmesi yapıldı. Yüzey modifikasyonu yapılan flok fiberlerinin elektrik alan boyunca hareket etmesini sağlamak ve epoksi ile arayüzey etkileşimini arttırmak için flok fiberleri grafen oksit (GO) ile kaplandı. Bu yaklaşım, elektrostatik floklama kullanılarak hazırlanan hizalı iskelelerde GO'nun kullanılabilmesi yönünden yenilik oluşturdu. GO'nun oksijen içeren fonksiyonel gruplarının, elektrik alan içerisinde yeterli yüklenmeyi ve epoksi ile güçlü hidrojen bağları oluşturabilecek yüzey fonksiyonelliği sağlanması amaçlandı. Yüzeyi modifiye edilmiş flok fiberleri elektrostatik floklama yöntemi kullanılarak kompozit prepreglerin üzerine dik olarak yerleştirildi. Daha sonra kompozitler el yatırması ile üretildi. Flok fiber takviyeli cam elyaf/epoksi (GFRP) ve karbon fiber/epoksi (CFRP) kompozitlerinin mod I kırılma tokluğu çift konsol kiriş (DCB) testi ile ölçüldü. Floksuz ve floklu kompozitlerin kırılma yüzeyleri, flok fiberleri tarafından aktifleştirilen toklaştırma mekanizmalarını anlamak için SEM ile incelendi. Floklanmış GFRP'lerin, floklanmamış GFRP'lere kıyasla kırılma dayanımının azaldığı bulundu. Floklanmış CFRP'lerde ise, GFRP'nin aksine floklanmamış CFRP'ye göre kırık başlangıç tokluğunda %83,1, ilerleme tokluğunda ise % 65.1 gelişim gözlemlendi. Yüzey modifikasyonları flok ve epoksi arasındaki etkileşimi arttırdı. Bu nedenle, katmanlar arasında flok fiberleri tarafından aktifleştirilen ana toklaştırma mekanizması, modifiye edilmemiş flok fiberlerine kıyasla değişti.
Özet (Çeviri)
Electrostatic flocking is a scalable and cost-effective method which enables the placement polymeric fibers vertically on an adhesive coated surface. This feature makes electrostatic flocking a promising method to overcome delamination which is considered as a critical failure mode of laminated composites. In this study, polyamide 6,6 (PA6,6) flock fibers were used to toughen laminated composites by electrostatic flocking method. Contrary to previous studies utilizing electrostatic flocking in interleaving, here surface modifications of PA6,6 flock fibers were performed to induce effective toughening mechanisms such as bridging and straining. To induce mechanical interlocking by increasing surface area of flock fibers, surface roughening was studied by surface swelling based non-solvent induced phase separation method. Effect of swelling solution concentration and type of non-solvent on morphology was studied. Sufficient swelling to induce phase separation was obtained with 70wt% formic acid and when butanol was used as nonsolvent rough morphology formed consists of interconnected crystalline particles. To generate active bonding sites for further modifications and epoxy matrix, silane functionalization was performed. Then, to ensure movement along electric field andenhance interfacial interaction with epoxy, flock fibers were further modified by coating with graphene oxide (GO). This approach possessed novelty in that GO could be utilized in aligned scaffolds prepared using electrostatic flocking. Oxygen containing functional groups of GO were intended to provide sufficient charging within electric field, and surface functionalities which can form strong hydrogen bonds with epoxy. Surface modified flock fibers were placed vertically on composite prepregs by using electrostatic flocking method. Then composites were fabricated by prepreg hand lay-up. Both glass fiber/epoxy (GFRP) and carbon fiber/epoxy (CFRP) composites prepared by flock fiber interleaving and mode I fracture toughness was measured by double cantilever beam (DCB) testing. Fracture surfaces of un-flocked and flocked composites were characterized by SEM to understand toughening mechanisms activated by flock fibers. It was found that flocked GFRPs resulted in decreased fracture toughness compared to un-flocked GFRP. On the contrary, surface modified PA6,6 fibers flocked CFRP showed 83.1% improvement in initiation toughness and 65.1 % improvement in propagation toughness compared to un-flocked CFRP. Surface modifications enhanced the interaction between flock and epoxy. Hence, the main toughening mechanism activated by flock fibers at the interlayer changed compared to un-modified flock fibers.
Benzer Tezler
- Preparation and characterization of thermally stable organoclays and their use in polymer based nanocomposites
Isıl kararlılığı yüksek organokillerin hazırlanması, karakterizasyonu ve polimer bazlı nanokompozitlerde kullanılması
WİSSAM ABDALLAH
Doktora
İngilizce
2010
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. ÜLKÜ YILMAZER
- Development of high-performance and chlorine-resistant thin-film composite membranes with zwitterionic surfaces for seawater desalination
Deniz suyu desalinasyonunda kullanılacak zwitteriyonik katkılı yüksek performanslı ve klor direncine sahip ince film kompozit membranların geliştirilmesi
JALAL AL DIN SHARABATİ
Doktora
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Karbon fiberlerden imal edilen kompozit yapılarda, fiber yüzey işlemlerinin fiber, ara bölge ve kompozit yapı özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of fiber surface treatments on fiber, interphase, and composite properties of composites made of carbon fibers
SEÇKİN ERDEN
Doktora
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN YILDIZ
- Ticari ters ozmoz membranlarının plazma teknolojisi ile yüzey modifikasyonu
Surface modification of commercial reverse osmosis membranes by plasma technology
MERYEM AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Gıda MühendisliğiTrakya ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PELİN ONSEKİZOĞLU BAĞCI