Geri Dön

Production and characterization of prepreg using water based resol type phenolic resin

Su bazlı resol tipli fenolik reçine kullanarak prepreg üretimi ve karakterizasyonu

  1. Tez No: 948539
  2. Yazar: TANER ERDOĞDU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 83

Özet

Bu tez çalışması, Roketsan A.Ş.'nin prepreg üretimi için mevcut altyapısında kullanılan alkol bazlı fenolik reçineler yerine su bazlı fenolik reçinelerin kullanımının uygunluğunun hammadde, yarı mamül ve son ürün özellikleri açısından karşılaştırılarak araştırılmasını amaçlamaktadır. Çalışmanın ilk bölümünde, su bazlı fenolik reçine temin edilmiş ve karakterizasyon testleri yapılmıştır. Test sonuçları halihazırda Roketsan A.Ş. altyapısında kullanılan alkol bazlı fenolik reçinenin daha önceden yapılmış olan karakterizasyon testleri ve özellikleri ile karşılaştırılmıştır. Prepreg üretmeden önce reçinenin proses edilebilirliği tartışılmış ve proses parametreleri belirlenmiştir. Sonrasında alkol bazlı fenolik reçine ile benzer özellikler gösterdiği tespit edilen su bazlı fenolik reçine kullanılarak prepreg malzemeler Roketsan A.Ş. altyapısındaki mevcut proses ile üretilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, yeni üretilen prepreg malzemeleri ile kompozit malzemeler üretilmiş ve bu kompozit malzemelerin karakterizasyon testleri yapılmış. Sonuçlar mevcut durumda kullanılan prepreg malzemeleri ile üretilmiş olan son ürünlerin test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu tez çalışmasındaki ana amaç, çalışma ortamını iyileştirmek, çalışanların sağlığını güvence altına almak, parlayıcı malzemelerin miktarını azaltmak ve mevcutta gerekli olan patlamaya karşı dayanıklı ekipman yatırım ihtiyacını kaldırarak işletme maliyetlerini düşürmektir. Kompozit malzemeler, iki farklı malzemenin kimyasal bağ oluşturmadan biraraya gelmesiyle oluşan malzemelere denir. Temelde, takviye malzemesi ve matris malzemesi bir araya gelerek kompozit malzemeyi oluşturur. Malzeme içeriğine göre birçok farklı kompozit türü bulunmaktadır. Kompozitler, takviye veya matris malzemelerine göre farklı isimlerle adlandırılabilir. Kompozit malzemeler matris malzemelerine göre metal matrisli, seramik matrisli ve polimer matrisli kompozitler olarak sınıflarına ayrılır. Takviye malzemeleri, kompozitlerin mukavemetlerini arttırmak için kompozit malzeme içerisinde kullanılır ve özellikle gerilme dayanımını artırır. Karbon elyaflar, cam elyaflar ve aramid elyaflar, polimer matrisli kompozitlerde en yaygın kullanılan takviye malzemeleridir. Matris malzemeleri ise kompozitlerin sahip olduğu genel özellikleri belirler ve kompozitlerin ana yapısını oluşturur. Kompozit malzemeler, takviye veya matris malzemelerinin değiştirilmesiyle birçok yönde geliştirilebilir. Epoksi, polyester ve fenolik reçineler, polimer matris kompozitlerinde sıklıkla matris malzemesi olarak kullanılır. Polimer matrisli kompozit malzemelerin çeşitli üretim yöntemleri mevcuttur. Genel olarak emek yoğun üretim prosesleri sonucunda elde edilirler. SMC, BMC gibi uygulamalar dışında üretim yöntemleri seri üretime uygun değildir. Bunun yanında takviye ve matris oranının belirlenmesi oldukça zordur. Ürün kalitesi işçiliğin kalitesinden doğrudan etkilenir. Prepreg üretim yöntemleri takviye ve matris oranının ayarlanabilmesi sayesinde ürün kalitesini içerik olaran standartlaştırması ile diğer polimer matrisli kompozit üretim yöntemlerinden ayrılır. Prepreg, polimer matrisli kompozit ara ürünüdür ve ek bir reçine veya çözücü eklemeye gerek kalmadan kullanılabilen önceden emprenye edilmiş(emdirilmiş) takviye malzemesini ifade eder. Prepreg, üretim tekniklerini ve kalitesini iyileştirir. Ancak, üretilen prepreg malzemesinin raf ömrünün daha kısa olması, yarı mamül prepreg malzemesinin üretilmesi için ek ekipman ihtiyacı ve ek üretim yapılması bazı dezavantajları vardır. Prepreglerde matris malzemesi olarak termoset veya termoplastik polimerler kullanılabilir. Termoset ve termoplastik matrislerin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Termoset matrisli prepregler daha yüksek son ürün performansı sunarken çok kısa raf ömrüne sahiptir. Bu durum termoset matrisli prepregler lojistik, depolama ve üretim süreçlerini zorlaştırmaktadır. Öte yandan termoplastik matrisli prepregler çok uzun raf ömürleri olmasına karşın son özellikleri genel olarak termoset matrisli prepreglerin gerisinde kalmaktadır. Fenol-formaldehit (fenolik) reçineler, termal dayanıklılıkları, yüksek kimyasal dayanıklılıkları, yüksek boyutsal stabiliteleri, elektriksel dirençleri ve alev geciktirici özellikleri nedeniyle ablatif ve yalıtım malzemesi olarak tercih edilir. Novolak ve rezol, fenolik reçinelerin iki türüdür. Novolak tipi fenolik reçineler, iki aşamalı reçinelerdir, yani kürleme reaksiyonu için sertleştirici eklenmesi gereklidir. Rezol tipi fenolik reçineler ise yalnızca ısı varlığında kürlenebilir. Fenol-formaldehit reçineleri genellikle alkol çözücüdür, ancak su bazlı fenol-formaldehit reçineleri de mevcuttur. Su bazlı fenolik reçineler, alkol bazlı fenolik reçinelerle aynı amaçlar için kullanılabilir. Termal koruma sistemleri (TPS), uzay araçlarının yapısal bileşenlerini yüksek ısı koşullarından korumak için kullanılır. Uzay endüstrisinde, külleşen (ablasyonlu) veya külleşmeyen termal koruma sistemleri kullanıldığı görülür. Ablatif malzemeler, külleşen termal koruma sistemlerinde tercih edilir. Külleşen termal koruma sistemlerinde, polimerik yalıtım malzemesi yanarak polimer zincirleri parçalanır ve koruyucu bir katı karbonlu kül katmanı oluşturur. Bu kül katmanı yüksek ısı kapasitesi ve yüksek buharlaşma sıcaklığına sahiptir. Bu sayede kül katmanı altındaki ablatif yalıtım malzemesini ısı akışına karşı korur ve aynı zamanda fazladan bir yalıtım katmanı olarak görev yapar. Isı ve alev yalıtımı sağlarken yanarak kül tabakası oluşturan ve kül tabakası ile ısı yalıtımı yapan malzemelere ablatif malzemeler denir. Bu nedenle, ablasyonlu termal koruma sistemlerinde kül verimi, ablasyon malzemesinin yalıtım performansını belirleyen en önemli faktörlerden biridir. Çalışmanın ilk bölümünde, su bazlı fenolik reçine Çukurova Kimya A.Ş. firmasından temin edilmiştir. Temin edilen su bazlı fenolik reçine üzerinde karakterizasyon testleri yapılmış ve test sonuçları, Roketsan A.Ş.'nin sürecinde kullanılan alkol bazlı fenolik reçinenin daha öncesinden yapılmış test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda, FTIR, DSC, STA ve TGA-MS analizleri su bazlı fenolik reçineye uygulanmıştır. Bu sırada, su bazlı fenolik reçinenin kürlenme döngüsü belirlendikten sonra prepreg üretim süreci başlatılmıştır. Prepreg üretim sürecine geçilirken kürlenme döngüsünü belirlemek için reçine ile yüksek silika cam elyaf malzemesi ıslatılarak belirli sıcaklıklarda fırınlanmıştır. Fırınlama sıcaklıkları belirlenirken su bazlı fenolik reçineye uygulanan DSC analizlerinden faydalanılmıştır. Reçine emdirilmiş takviye malzemesinin uygulanabilir yapışkanlık ve ıslaklıkta olması için uygun fırınlama süresi ve sıcaklığı 10 dakikada bir reçine emdirilmiş takviye malzemesi el ile kontrol edilerek belirlenmiştir. Nihai prepreg üretimi Roketsan A.Ş. altyapısında bulunan mevcut prepreg üretim yöntemleri ile yapılmıştır. Prepreg üretiminden sonra, su bazlı fenolik reçineyle üretilen prepreg malzemeleri kullanılarak çeşitli kalınlıklarda kompozit paneller üretilmiştir. Kompozit panellerin kürleştirilmesi vakum altında ve 14bar basınç altında, 170°C sıcaklıkta otoklavda gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, su bazlı fenolik reçine ile üretilen prepreg malzemesi kullanılarak elde edilen kompozit panellerden numuneler alınmış ve bu numunelerden kompozit panellerin yoğunluğu, elyaf oranı, çekme dayanımı, kesme dayanımı, termal difüzivite, termal iletkenlik ve ablasyon özellikleri ölçülmüştür. Su bazlı fenolik reçine ile üretilen kompozit panellere TGA-MS, DSC ve TMA analizleri uygulanmış ve analizler sonucunda ortaya çıkan veriler alkol bazlı fenolik reçine ile üretilen prepreg malzemesi kullanılarak üretilmiş olan kompozit malzemelerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Kompozit panellerin tüm test sonuçları, Roketsan A.Ş.'nin altyapısında alkol bazlı fenolik reçineyle üretilen kompozit ürünün daha önceki verileriyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, su bazlı fenolik reçinenin, mevcut uygulamalarda alternatif bir malzeme olarak alkol bazlı fenolik reçinenin yerine kullanılabileceği değerlendirilmiştir.

Özet (Çeviri)

This study aims to investigate the use of water-based phenolic resins instead of alcohol-based phenolic resins, which are curently used in Roketsan A.Ş.'s infrastructure for prepreg production. In the first part of this study, water-based phenolic resin and the currently used alcohol-based phenolic resin were characterized, and properties were compared. Then, prepreg materials were produced by using waterbased phenolic resin, which showed similar properties to the currently used phenolic resin. In the second part of the study, composite panels were produced from newly produced prepreg materials. Afterward, characterization tests of composite panels were conducteed, and the results were compared to the properties of the last product produced from the currently used prepreg materials. The main purpose of the study was to improve the work environment, ensure the health of employees, decrease the amount of ignitable materials, and lower investment cost by removing explosion-proof equipment that is currently required. Composite materials are formed by combining two materials without any chemical bonds. There are many types of composites based on material content. Essentially, reinforcement material and matrix material together form a composite material. Composites can be named differently based on their reinforcement or matrix materials. Reinforcement materials increase the strength of the composites especially tensile strength. Carbon fibers, glass fiber and aramid fibers are the most commonly used reinforcement materials in polymer matrix composites. Matrix materials constitute the main structure of composites. Composite materials can be improved by changing the reinforcement or matrix materials. Epoxy, polyester and phenolic resins are often used as matrix materials in polymer matrix composites. Prepreg refers to a pre-impregnated reinforcement material that can be used without the need for any additional resin or solvent. Prepreg improves production technique and quality. However, it brings along some disadvantages, such as lower shelf life and additional semi-product manufacturing. Thermoset or thermoplastic polymers can be used as matrix material in prepreg. Phenol-formaldehyde (phenolic) resins are preffered as ablative and insulating materials due to their thermal resistance, high chemical resistance, high dimensional stability, electrical resistance, and flame retardancy properties. Novalac and resole are the two types of phenolic resins. Novalac-type phenolic resins are two-stage resins, meaning they require the addition of a hardener for the curing reaction. Resole-type of phenolic resins can be cured in the presence of heat alone. Phenol-formaldehyde resins are usually alcohol-soluble, but water-based phenol-formaldehyde also exist. Waterbased phenolic resins are used for same purposes as alcohol-based phenolic resins. Thermal protection systems (TPS) are used to protect structural components of aerospace vehicles from high heat conditions. Charring or non-noncharring thermal protection systems can be found in the aerospace industry. Ablative materials are preffered in charring thermal protection systems. In the first part of the study, water-soluble phenolic resin was provided. Characterization tests were conducted on the water-soluble phenolic resin, and the test results were compared to previous test results of alcohol-soluble phenolic resin used in Roketsan A.Ş.'s process. In this context, FTIR, DSC, STA, TGA-MS analysis were applied to the water-soluble phenolic resin. Meanwhile, after determining the cure cycle for water-soluble phenolic resin, prepreg production process began. Composite panels were produced using the prepreg made previously with water-soluble phenolic resin. In the second part of the study, the composite panels' density, fiber ratio, compression strength, shear strength, thermal diffusivity, thermal conductivity and ablation properties were measured. TGA-MS, DSC, and TMA analysis were applied to the composite panels in order to compare the data to previous results. All the test results of composite panels were compared to the previous data from the composite product produced with alcohol-soluble phenolic resin in Roketsan A.Ş.'s infrastructure. As a result, it was determined that water-soluble phenolic resin could be used instead of alcohol-soluble phenolic resin in current implementations as an alternative material.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    879069

    Enerji depolamada yenilikçi karbon yapılı esnek yüzeylerin üretimi ve analizi

    Production and analysis of novel carbon structured flexible surfaces for energy storage applications

    ESRA ŞERİFE KILIÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ DEMİR

  2. Tez No

    885624

    Fabrication and characterization of a carbon fiber/ epoxy composite reflector antenna

    Karbon fiber/ epoksi kompozit reflektör anten imalatı ve karakterizasyonu

    SÜMEYYA YAZAN ÖZCAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI

  3. Tez No

    621423

    Tabakalı prepreg kompozitlerde karbon nanotüp takviyesi ile mekanik özelliklerinin optimizasyonu

    Optimization of mechanical properties of layered prepregated composites by carbon nanotube reinforcement

    MEVLÜT KUMDERE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET KAYRICI

  4. Tez No

    886644

    Plazma yüzey işleminin epoksi film yapıştırıcılı CFRP kompozit bağlantılarının performansına etkisinin incelenmesi

    Investigation of the effect of plasma surface treatment on the performance of CFRP composite connections with epoxy film adhesive

    AHMETCAN ALKOÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AFİFE BİNNAZ HAZAR

  5. Tez No

    413436

    Sürekli cam elyaf takviyeli polipropilen levhaların şekillendirilmesi ve karakterizasyonu

    Forming and characterization of continious glass elyaf reinforced polypropylen sheets

    SAMET ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Mekatronik MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Mekatronik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ÖKSÜZ

Geri Dön