Havacılık standartlarına uygun yüksek performanslı peek polimer harmanlarının hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of high-performance peek polymer blends in compliance with aerospace standards
- Tez No: 985437
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İNCİ SALT
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
Havacılık endüstrisinin yüksek performanslı, hafiflik ve yanmazlık beklentilerini karşılayabilecek termoplastik kompozit malzemelerin geliştirilmesi hedeflemiştir. Üstün sıcaklık ve kimyasal dayanım özellikleri nedeniyle matris malzemesi olarak polieter eter keton (PEEK), polieter imid (PEI) ve polifenil sülfon (PPSU) polimerleri kullanılmıştır. Polimer matrisler, cam elyaf (C), talk (T) ve TiO₂ (TD) gibi takviye ve katkı malzemeleri ile güçlendirilmiştir. PEEK bazlı numuneler, çift vidalı bir ekstrüder kullanılarak hazırlanmıştır ve enjeksiyon işlemiyle kalıplanmıştır. Ön çalışmalar kapsamında hazırlanan PEEK bazlı numunelerde, % 5 (% ağ) talk ve TiO2 mineral oranları sabit tutulmuştur ve polimer harmandaki PEEK oranı (% 20, 50, 80 (% ağ)) değiştirilmiştir. Box-Behnken deneysel tasarım planı temelinde gerçekleştirilen çalışmalarda, polimer harmana talk ve TiO2 ile birlikte cam elyaf da eklenerek PEEK/PEI/C/T/TD ve PEEK/PPSU/C/T/TD kompozitleri hazırlanmıştır. PEEK/PEI/C/T/TD kompozitleri için polimer harmandaki PEEK oranları 20/80, 50/50, 80/20 (% ağ/ağ) ve PEEK/PPSUC/T/TD kompozitleri için polimer harmandaki PEEK oranları 60/40, 70/30, 80/20 (% ağ/ağ) olarak belirlenmiştir. Polimer harmanda PEEK oranı (% ağ), polimer kompozitte talk oranı (%10, 20, 30 (% ağ)) ve enjeksiyon kalıp sıcaklığı (150, 160, 170 °C) faktörlerinin hazırlanan PEEK bazlı kompozitlerinin fiziksel, mekanik, termal ve morfolojik özellikleri üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Belirlenen faktörlerin etkilerinin incelendiği deneysel tasarım çalışmasında elde edilen deneysel veriler için Design Expert 13.0 programı aracılığıyla model denklemleri geliştirilmiş, modellerin uygunluğu ANOVA analizi ile incelenmiş ve optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmalarında, DSC, TGA, FT-IR, SEM ve EDS analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen verilere göre, PEEK oranının yüksek olduğu kompozitlerde termal dayanım daha yüksek gözlemlenmiştir. PEI ve PPSU polimerlerinin, PEEK'e eklenmesi ve talk oranının artmasıyla kompozitlerin termal özellikleri iyileştirilmiştir. Cam elyaf, talk ve TiO2 mineral dolguların eklenmesiyle yoğunluk değerlerinde artış gözlemlenirken eriyik akışkanlık indeksi değerlerinde azalma görülmüştür. Talk mineral oranının artması ile kompozitlerin çekme modülleri artmıştır. Optimizasyon çalışmaları sonucunda belirlenen optimum değerler, PEEK/PEI/C/T/TD kompozitleri için % 20 (ağ) PEEK oranı, % 20,48 (ağ) talk oranı, 169 ºC kalıp sıcaklığı ve PEEK/PPSU/C/T/TD kompozitleri için % 60 (ağ) PEEK oranı, % 30 (ağ) talk oranı, 170 ºC kalıp sıcaklığıdır.
Özet (Çeviri)
The study aimed to develop thermoplastic composite materials capable of meeting the aerospace industry's requirements for high performance, lightweight, and flame resistance. Due to their superior thermal and chemical stability, polyether ether ketone (PEEK), polyetherimide (PEI), and polyphenylsulfone (PPSU) were selected as matrix polymers. These matrices were reinforced with materials such as glass fiber (C), talc (T), and titanium dioxide (TD). PEEK-based samples were prepared using a twin-screw extruder and subsequently molded via injection processing. In the PEEK-based samples prepared as part of the preliminary studies, talc and TiO₂ contents were kept constant at 5 wt%, while the PEEK ratio in the polymer blend was varied (20, 50, and 80 wt%). Based on a Box–Behnken experimental design, composite systems containing PEEK/PEI/C/T/TD and PEEK/PPSU/C/T/TD were produced by incorporating glass fiber along with talc and TiO₂. For PEEK/PEI/C/T/TD composites, the PEEK/PEI ratios were set at 20/80, 50/50, and 80/20 (wt/wt%), whereas for PEEK/PPSU/C/T/TD systems, PEEK/PPSU ratios were 60/40, 70/30, and 80/20 (wt/wt%). The effects of three factors—PEEK ratio in the polymer blend (wt%), talc ratio in the composite (10, 20, and 30 wt%), and mold temperature (150, 160, 170 °C) on the physical, mechanical, thermal, and morphological properties of the PEEK-based composites were evaluated. Model equations were developed using Design Expert 13.0, and model adequacy was assessed through ANOVA, followed by optimization studies. Characterization included DSC, TGA, FT-IR, SEM, and EDS analyses. The results showed that composites with higher PEEK content exhibited enhanced thermal stability. The addition of PEI or PPSU, as well as increased talc content, further improved thermal properties. Glass fiber, talc, and TiO₂ increased density while reducing melt flow index. Higher talc content led to increased tensile modulus. The optimal values determined as a result of optimization studies are a PEEK ratio of 20 wt%, a talc ratio of 20.48 wt%, and a mold temperature of 169 °C for PEEK/PEI/C/T/TD composites; a PEEK ratio of 60 wt%, a talc ratio of 30 wt%, and a mold temperature of 170 °C for PEEK/PPSU/C/T/TD composites.
Benzer Tezler
- Advancing creep performance and oxidation resistance of inconel 939 alloy fabricated by selective laser melting
Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen ınconel 939 alaşımının sürünme performansı ve oksidasyon direncinin geliştirilmesi
FATİH GÜLER
Doktora
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
DR. HÜSEYİN AYDIN
- Sandviç yapılarda hücre boyutunun çekirdek- yüzey yapışmasına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of cell size on core-surface adhesion in sandwich structures
LÜTFULLAH ÇAKALLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELMAS SALAMCI
- Evaluation of the usability of metal-coated fiber-reinforced composite in lightning protection
Metal kaplamalı fiber takviyeli kompozitin yıldırım korumada kullanılabilirliğinin değerlendirilmesi
SENA GÜNGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik BilimleriYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BUĞRA ÇİÇEK
- Type 4 700 bar hydrogen storage tank optimization study
Tip 4 700 bar hidrojen depolama tankı optimizasyon çalışması
KADİR DEMİRCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DEMET BALKAN
PROF. DR. NURİ BÜLENT ERSOY
- Fotopolimerizasyon yöntemiyle imal edilen nanopartikül takviyeli kompozitlerin mekaniz özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of nanoparticle-reinforced composites manufactured by the photopolymerization method
ÇAĞRI DURUKAN ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİS YURDDAŞKAL