Carbon fiber-reinforced prepregs and composites of one-component epoxy resins containing thermal latent curing agents
Termal geciktirici kür ajanı içeren tek komponentli epoksi reçinelerin karbon fiber takviyeli prepregler ve kompozitleri
- Tez No: 967807
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BEKİR DIZMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Bu tez, tek komponentli epoksi reçineler (OCER) elde etmek için küçük molekül ve polimer bazlı termal latent kürleme ajanlarının epoksi reçinelere dahil edilmesine, bu OCER'lerle prepreglerin üretilmesine, hem reçinelerin hem de prepreglerin kürleme özelliklerinin araştırılmasına ve kürlenmiş laminatların mekanik özelliklerinin belirlenmesine odaklanmaktadır. OCER'ler, imidazol uç gruplarıyla sonlandırılmış POZ polimerleri, aromatik izosiyanatlar ve aminlerin reaksiyonları yoluyla ikame edilmiş üreler ve POZ polimerlerinin hidrolizinden hazırlanan ve izosiyanatlarla reaksiyona girerek üreler veren PEI polimerleri kullanılarak hazırlanacaktır. Bu OCER'ler belirli yöntemlerle ve belirlenmiş oranlarda ve sürelerde epoksi reçineyle karıştırılacak ve başlangıçta kürlenme özellikleri açısından karakterize edilecektir. Ayrıca, reçine eriyik viskozitesi, kararlılık, yapışkanlık ve prepreglerin örtülebilirliği ve kürlenmiş kompozitlerin mekanik özellikleri gibi farklı özellikler araştırılacaktır. Reçinelerin kürlenme kinetiği dinamik ve izotermal DSC yöntemleri ile incelenecektir. Her sistem için reaksiyon entalpisi, kürlenme sıcaklığı ve Tg ölçülecek ve kaydedilecektir. Prepreg üretim koşulları belirli bir sıcaklık ve süre boyunca ayarlanacak ve kürlenme derecesine göre belirlenecektir. Prepreglerin örtülebilirlik ve yapışkanlık değerleri ölçülerek her iki parametredeki değişiklikler açısından kürlenme derecesine bağlanacaktır. Ayrıca, aynı mantık yaşlandırılan numunelere uygulanarak yaşlanmanın prepreglerin kürlenme derecesi, örtülebilirliği ve yapışkanlığı üzerindeki etkisi gözlemlenecektir. Prepregler, nem ve sıcaklık dalgalanmalarının kontrolsüz kürlenmesi üzerinde herhangi bir etkisi olmayacağından emin olmak için laboratuvar koşullarında (23 ± 2°C, 50 ± 10 %RH) mühürlü şişelerde saklanacaktır. Prepreglerin kararlılığı FTIR ve DSC ile izlenecek ve ölçülen değerlerdeki değişikliklere (FTIR'deki yoğunluk kaybı, DSC'deki entalpi değişimi) göre örtülebilirlik ve yapışkanlık özelliklerine bağlanacaktır. Bu nedenle, prepreglerin özellikleri reçinenin kürlenme derecesine bağlanacak ve pratik uygulamalar açısından değiştirilebilir ve bu prepregler için bir raf ömrü belirlenebilir. Örneğin, yapışkanlık kaybı istenmeyen bir özelliktir çünkü prepreglerin yerleştirilmesini zorlaştırır ve katmanlar arası kayma mukavemetini (ILSS) azaltabilir [23]. Dahası, örtülebilirliğin kaybı parçaların 3B karmaşık şekillerinin köşelerinde kırışıklıklara ve boşluklara ve kürlenmiş parçaların boyut ve şekillerinin ve dolayısıyla mekanik özelliklerin kaybına neden olur. Bu nedenle, bu özelliklerin izlenmesi prepreg üreticilerinin belirli koşullar altında uygun raf ömrünü önermesi için çok önemlidir. Son olarak, prepregler, termal latent kürleme ajanlarının kürlenmiş kompozitlerin çekme, basınç, tokluk ve eğilme mukavemeti açısından mekanik özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak için kürlenecektir. Ayrıca, kürlenmiş kompozitlerin Tg değerleri ölçülecek ve farklı polimerlerin kompozitin Tg'si üzerindeki etkisini gözlemlemek için DMA aracılığıyla izlenecektir.
Özet (Çeviri)
This thesis focuses on the incorporation of small molecule- and polymer-based thermal latent curing agents into epoxy resins to obtain OCERs, manufacturing prepregs with these OCERs, investigating curing properties of both resins and prepregs, and determination of the mechanical properties of the cured laminates. The OCERs will be prepared using POZ polymers terminated with imidazole end groups, substituted ureas through the reactions of aromatic isocyanates and amines and PEI polymers, which are prepared from the hydrolysis of POZ polymers and reacted with isocyanates yielding ureas. These OCERs will be mixed with epoxy resin through certain methods and at determined ratios and durations and they will be initially characterized for their cure characteristics. Moreover, different properties such as resin melt viscosity, stability, tackiness, and drapeability of the prepregs and mechanical properties of the cured composites will be investigated. The curing kinetics of the resins will be studied with dynamic and isothermal DSC methods. For each system, the reaction enthalpy, the curing temperature and Tg will be measured and recorded. The prepreg manufacturing conditions will be set through a certain temperature and duration and will be determined with respect to degree of cure. The prepregs' drapeability and tackiness values will be measured to link them to the degree of cure with respect to the changes in both parameters. In addition, this same logic will be applied to the samples that are aged to observe the effect of aging on degree of cure, drapeability, and tackiness of the prepregs. The prepregs will be stored at lab conditions (23 ± 2°C, 50 ± 10 %RH) in sealed vials to ensure there would not be any influence of the humidity and temperature fluctuations on uncontrolled curing of the prepregs. The stability of the prepregs will be tracked through FTIR and DSC and they will be linked to drapeability and tackiness properties in regard to the changes in the measured values (intensity loss in FTIR, enthalpy change in DSC). Thus, the properties of the prepregs will be linked to the degree of cure of the resin as well as it can be modified with regards to the practical applications and a shelf life can be determined for these prepregs. For instance, the loss of tackiness is an undesired property as it makes the layup of the prepregs more difficult and can decrease the interlaminar shear strength (ILSS) [23]. Moreover, the loss of drapeability causes wrinkles and voids on the corners of the 3D complex shapes of the parts and loss of dimensions and shapes of the cured parts and thus mechanical properties. Therefore, the tracking of these properties is crucial for the prepreg manufacturers to suggest suitable shelf life under certain conditions. Finally, the prepregs will be cured to investigate the effect of the thermal latent curing agents on the mechanical properties of the cured 8 composites regarding their tensile, compressive, toughness, and flexural strength. Moreover, Tg values of the cured composites will be measured and tracked through DMA to observe the effect of different polymers on the Tg of the composite.
Benzer Tezler
- Mechanical enhancement of woven composite with vertical aligned carbon nanotubes: Investigation of interlaminar shear strength property of nano-stitched laminated composites
Karbon nanotüpler kullanılarak kompozitlerin mekanik özelliğinin geliştirilmesi: Nano-dikişli lamine kompozitlerin lamineler arası kayma mukavemetinin incelenmesi
İDRİS GÜRKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Darbe hasarına maruz kalan sandviç kompozitlerin statik mukavemetinin incelenmesi
Investigation of static strength of sandwich composites subjected to impact damage
ABDULLAH İKİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- 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
2024
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI
- Uçak fren balatalarında karbon fiber boyut ve şeklinin tribolojik özelliklere etkisi
The effect of size and shape on tribological properties of carbon fiber aircraft brake pads
SİNAN AÇİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHARREM YILMAZ
- Material properties of thermoplastic matrix carbon fiber reinforced high performance composites using automated fiber placement
Termoplastik bazlı karbon fiber ile güçlendirilmiş ve otomatik fiber yerleştirme ile serilmiş kompozit malzemelerin malzeme özelliklerinin incelenmesi
HATİCE AKÇAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. MOHAMMADREZA NOFAR