Yüksek performanslı termoplastik kompozitler için otomatik elyaf serim/sarım sistemleri ile profil üretim yöntemi geliştirilmesi
Development of profile production method with automatic fiber laying/winding systems for high performance thermoplastic composites
- Tez No: 960136
- Danışmanlar: PROF. DR. BELMA ÖZBEK, DR. MUSTAFA DOĞU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 234
Özet
Termoplastik elyaf sarma, genellikle silindirik kompozit yapıların üretiminde kullanılan, ikinci bir işlem adımına gerek kalmaksızın yerinde (in-situ) konsolidasyon imkanı sağlayan esnek bir üretim yöntemidir. Bu çalışmanın amacı, literatürde genellikle termoset matrisli kompozitlerle üretilen silindirik olmayan geometrilerin, termoplastik elyaf sarma yöntemi kullanılarak üretilmesidir. Çalışma kapsamında, polimer matrisli ileri kompozit malzemelerin otomatik elyaf sarma yöntemiyle profil formunda üretimi araştırılmış ve üretim parametrelerinin yapıların mekanik, mikroyapısal ve termal özelliklerine etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Cam elyaf (GF) takviyeli polipropilen (PP) ve polifenilen sülfit (PPS) esaslı termoplastik prepreg şeritler kullanılarak altıgen ve kare kesitli kompozit profiller üretilmiştir. Deneysel tasarım doğrultusunda; hava üflemeli ısıtıcı sıcaklığı, mandrel dönüş hızı, baskı merdanesi basıncı ve mandrel köşe kavis yarıçapı değişken olarak ele alınmış ve üretim süreçlerinin tekrarlanabilirliği sağlanmıştır. Görsel muayene ile yüzey kalitesi değerlendirilmiş, basma ve katmanlar arası kayma dayanımı (ILSS) testleriyle mekanik performans analiz edilmiştir. Mikroskop görüntüleme teknikleri kullanılarak elyaf yerleşimi, boşluk yapısı ve katman bütünlüğü incelenmiş; DSC ve yoğunluk ölçümleriyle kristallenme davranışı ve boşluk içeriği belirlenmiştir. ANOVA yöntemiyle gerçekleştirilen istatistiksel analizler, üretim süreci için en uygun parametre kombinasyonlarını belirlemiş; regresyon analizleri ise modelin güvenilirliğini ve süreç üzerindeki etkilerini doğrulamıştır. Elde edilen bulgular, sarım parametrelerinin hem profil bütünlüğü hem de mekanik performans üzerinde istatistiksel olarak anlamlı etkiler oluşturduğunu göstermiştir. Uygun parametre kombinasyonları ile elyaf-matris ara yüzey kalitesi arttırılmış, boşluk oranı minimize edilerek yüksek basma dayanımı ve katmanlar arası kayma dayanımı değerleri elde edilmiştir. Özellikle PPS/GF sistemleri, yüksek kristallenme potansiyeli ve ısıl kararlılığı sayesinde PP/GF sistemlerine kıyasla üstün performans sergilemiştir. Bu çalışma, hem yüksek performanslı termoplastik kompozit yapıların üretimi hem de otomatik elyaf sarma sistemleri için proses parametrelerinin optimizasyonu açısından literatüre özgün katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Thermoplastic filament winding is a flexible manufacturing method primarily used in the production of cylindrical composite structures, enabling in-situ consolidation without the need for a secondary processing step. The aim of this study is to produce non-cylindrical geometries—typically fabricated using thermoset matrix composites in the literature—by utilizing the thermoplastic filament winding technique. Within the scope of this research, the production of advanced polymer matrix composite profiles using automated filament winding methods was investigated, and the effects of manufacturing parameters on the mechanical, microstructural, and thermal properties of the structures were systematically examined. Hexagonal and square-section composite profiles were fabricated using thermoplastic prepreg tapes based on glass fiber (GF) reinforced polypropylene (PP) and polyphenylene sulfide (PPS). In accordance with the experimental design, variables such as hot air heater temperature, mandrel rotation speed, roller pressure, and mandrel corner radius were investigated, and process repeatability was ensured. Surface quality was evaluated through visual inspection, while mechanical performance was assessed by compression and interlaminar shear strength (ILSS) tests. Fiber alignment, void content, and layer integrity were examined using microscopic imaging techniques; crystallization behavior and void content were determined through DSC and density measurements. Statistical analyses performed using the ANOVA method identified the optimal parameter combinations for the manufacturing process, and regression analysis validated the reliability of the model and its predictive accuracy. The results demonstrated that winding parameters had statistically significant effects on both profile integrity and mechanical performance. With optimal parameter combinations, the fiber–matrix interface quality was enhanced, void content was minimized, and high compression and ILSS values were achieved. Notably, PPS/GF systems exhibited superior performance compared to PP/GF systems due to their higher crystallization potential and thermal stability. This dissertation provides original contributions to the literature in terms of both the fabrication of high-performance thermoplastic composite structures and the optimization of processing parameters for automated filament winding systems.
Benzer Tezler
- Design of thermoplastic composite manufacturing with automated fiber placement towards in-situ consolidation
Otomatik elyaf yerleştirme ile yerinde konsolidasyona yönelik termoplastik kompozit üretiminin tasarımı
ALİ BARZEGAR OSGOUEI
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiSabancı Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Fracture analysis of interleaved composites with resin-rich layers using mechanical testing, acoustic emission, and micro-visualization
Reçine zengin tabakalara sahip aralı kompozitlerin kırılma analizi: mekanik testler, akustik emisyon ve mikro-görselleştirme kullanılarak
SASAN KARIMI
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiSabancı Üniversitesiİmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
DOÇ. DR. HATİCE SİNEM ŞAŞ ÇAYCI
- Multifaceted characterization and optimization of aerospace grade thermoplastic composites joints: Advances in surface treatments, mechanical performance, and environmental resilience
Havacilik ve uzay sinifi termoplastik kompozit bağlantilarin çok yönlü karakterizasyonu ve optimizasyonu: Yüzey işlemleri, mekanik performans ve çevresel koşullarda dayaniklilik alanindaki gelişmeler
CEREN YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiSabancı ÜniversitesiÜretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YILDIZ
- Tek yönlü karbon fiber takviyeli poliamid 6 kompozitlerin sıkıştırma kalıplamasında proses-performans ilişkilerinin incelenmesi
Investigation of process-performance relationships in compression molding of unidirectional carbon fiber reinforced polyamide 6 composites
CANBEK GİRAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİHRİGÜL EKŞİ ALTAN
- Development of new generation, high performance polypropylene composites
Yeni nesil, yüksek performanslı polipropilen kompozitlerin geliştirilmesi
ORKUN KAYMAKÇI
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSELİ UYANIK