Innovative manufacturing for sandwich structures: Application of atmospheric plasma activation and incorporation of recycled thermoplastic composite skins
Sandviç yapılar için yenilikçi üretim: atmosfer plazma aktivasyonu uygulaması ve geri dönüştürülmüş termoplastik kompozit plakaların ıntegrasyonu
- Tez No: 933033
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Üretim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
Sandviç kompozit yapılarının geliştirilmesi, havacılık endüstrisindeki performans, sürdürülebilirlik ve yapısal güvenilirlik zorluklarının aşılmasında hayati önem taşımaktadır. Bu tez, kompozit yüzey işlemlerinin ikincil bağlanmış sandviç yapıların mekanik performansı üzerindeki etkisini araştırmakta ve geleneksel termoset kompozit kaplamalara sahip yapılar ile geri dönüştürülmüş termoplastik kompozit kaplamalar kullanan yapıları, havacılık ikincil yük taşıma uygulamaları için karşılaştırmaktadır. Araştırma, termoset kompozit kaplamalar üzerinde atmosferik plazma aktivasyonu (APA) tedavisinin değerlendirilmesiyle başlamakta olup, APA'nın, skin/core ara yüzeyindeki bağlanma gücünü artırdığını ve bu sayede düzlemsel çekme dayanımında %11'lik bir artışa (2.4 MPa'ya kadar) ve darbe direncinde %12'lik bir iyileşmeye yol açtığını göstermektedir. Termoset sandviç yapısının davranışı anlaşıldığında, bu analiz, geri dönüştürülmüş termoplastik kaplamaların sandviç yapılarda potansiyel kullanımını değerlendirmek için bir referans oluşturmaktadır. Tez, ayrıca geri dönüştürülmüş rastgele yönlendirilmiş iplik (ROS) CF/PEKK kompozitlerinin mekanik özellikleri üzerine iplik boyutu ve morfolojisinin etkisini incelemektedir. Uzun, kısa ve parçalanmış ipliklerden yapılan paneller karşılaştırıldığında, kısa ipliklerin en iyi mekanik performansı sağladığı, çekme dayanımının uzun ipliklerden kısa ipliklere %114.5, parçalanmış ipliklerden kısa ipliklere ise %26 arttığı bulunmuştur. Ayrıca, kısa CF/PEKK iplikleri, uzun ipliklere göre %29, parçalanmış ipliklere göre ise %10 daha yüksek basma dayanımına sahiptir. Ancak, geri dönüştürülmüş ROS kompozitlerinin üretim sonrası oluşan çarpıklık sorunu, bunların uygulama alanlarını sınırlamaktadır. Bu sorunu çözmek için, geri dönüştürülmüş ROS kompozit kaplamalar sandviç kompozit yapılara entegre edilmiştir. Sonuçlar, çekirdek malzemenin yapıyı stabilize ettiğini ve APA tedavisinin skin/core bağlanma arayüzünü güçlendirerek oluşan çarpıklık sorununu etkili bir şekilde çözdüğünü göstermektedir. Bu sayede, sandviç kompozit örnekleri 2.38 MPa'lık bir çekme dayanımına ulaşmakta ve kenar kompresyon testleri, güçlü bağlanma arayüzü nedeniyle herhangi bir skin/core ayrılmasının meydana gelmediğini ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, bu tez, geri dönüştürülmüş ROS kompozitlerinin, havacılık ikincil yük taşıma uygulamaları için termoset kompozit kaplamalara çevre dostu ve maliyet etkin bir alternatif sunduğunu, sandviç yapıların performansını ve sürdürülebilirliğini artırarak göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Advancing sandwich composite structures is crucial for overcoming performance, sustainability, and structural reliability challenges in the aerospace industry. This thesis investigates the effect of composite surface treatment on the mechanical performance of secondary bonded sandwich structures and compares structures with traditional thermoset composite skins to those using recycled thermoplastic composites for aerospace secondary load-bearing applications. The research begins with an assessment of atmospheric plasma activation (APA) treatment on thermoset composite skins, demonstrating that APA enhances bonding strength at the skin/core interface, leading to an 11% increase in flatwise tensile strength (reaching 2.4 MPa) and a 12% improvement in impact resistance. Once the behavior of the thermoset sandwich structure is understood, this analysis serves as a reference for evaluating the potential use of recycled thermoplastic skins in sandwich structures. The thesis further explores the effect of strand size and morphology on the mechanical properties of recycled randomly oriented strand (ROS) CF/PEKK composites. By comparing panels made from long, short, and shredded strands, it is found that short strands provide the best mechanical performance, with tensile strength increasing by 114.5% from long to short strands and 26% from shredded to short strands. Furthermore, short CF/PEKK strands exhibit compressive strengths that are 29% higher than long strands and 10% higher than shredded strands. However, warpage after manufacturing limits the applicability of recycled ROS composites. To address this, recycled ROS composite skins are incorporated into sandwich composite structures. The results show that the core material stabilizes the structure, while APA treatment enhances the skin/core bonding interface, effectively resolving the warpage issue. As a result, the sandwich composite specimens achieve a tensile strength of 2.38 MPa, also edgewise compression test results show that there is no skin/core debonding occurring due to the strong bonding interface. In conclusion, this thesis demonstrates that recycled ROS composites offer an environmentally friendly and cost-effective alternative to thermoset composite skins for aerospace secondary load-bearing applications, enhancing both the performance and sustainability of sandwich structures.
Benzer Tezler
- Determination of dimensional design parameters of pyramidal lattice core sandwiches by artificial neural network under bending load
Piramit birim hücreye sahip kafes yapı çekirdekli sandviç yapıların eğilme yükü altında yapay sinir ağı ile boyutsal tasarım parametrelerinin belirlenmesi
CEM ONAT KARAGÖZLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ SABUNCUOĞLU
DOÇ. DR. ÜLKÜ ECE AYLI
- Innovative approaches for mechanical characterization and failure analysis in complex and functional composite structures: A fusion of SHM, NDT, and FEA techniques
Kompleks ve fonksı̇yonel kompozı̇t yapılarda mekanı̇k karakterı̇zasyon ve hasar analı̇zı̇ ı̇çı̇n yenı̇lı̇kçı̇ yaklaşımlar: SHM, NDT ve FEA teknı̇klerı̇nı̇n bı̇rleşı̇mı̇
ABDULRAHMAN SAEED ABDULQADER AL-NADHARI
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Eklemeli imalat ile üretilen kafes yapılı bir uydu panelinin ısıl iletkenliğinin vakum ortamında incelenmesi
An investigation of the thermal conductivity of a satellite panel with lattice core fabricated by additive manufacturing
ATA SARIÇOBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RECEP MUHAMMET GÖRGÜLÜARSLAN
- Dynamic crushing behavior of sandwich panels with bio-inspired cores
Doğadan ilham alınan bir çekirdek malzeme ihtiva eden sandviç panellerin dinamik ezilme davranışları
ERKAN GÜZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER TAŞDEMİRCİ
PROF. DR. MUSTAFA GÜDEN
- Oksetik (auxetıc) kompozit malzemelerin geliştirilmesi
Development of auxetic composite materials
EMRE DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriBursa Teknik ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU