Geri Dön

Kompozit malzemelerde katkıların ısı iletimine ve mekanik özelliklerine etkisi

Effect of additives on thermal conduction and mechanical properties in composite materials

PDF İndir

  1. Tez No: 997916
  2. Yazar: MERT SELMANOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÜNAL UYSAL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Sakarya Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Kompozit malzemeler günümüz imalat teknolojisinde hafiflik, yüksek dayanım, korozyon direnci vb. özellikleri sayesinde birçok alanda kullanılmaktadır. Bu yüzden kompozit malzemeler üzerinde yeni bilimsel çalışmalarda aynı şeklilde devam etmektedir. Bu çalışmada giriş bölümünde kompozit malzemelerin katkı malzemelerini bir arada tutan matris fazından oluşmaktır. Matris yükü katkı malzemelerine iletirken, katkı malzemeleri ise mekanik dayanımı, termal özelliklerini belirler ve kimyasal dirence katkı sağlar. Polimer matrislere eklenen katkılar bazen mekanik özellikleri arttırırken bazen de termal özellikleri azaltabilir. Matrislere eklenen katkılar, matris-katkı arayüzeylerinde boşluklara sebep olabilir. Bu sebepler katkı malzemeleri belirlenirken partikül boyutu, oranı ve şeklinin etkilerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada polimer matrislerin üretiminde kullanılan katkı malzemelerin oranlar ve kalınlıkların değişiminin mekanik ve termal etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Yapılan deneysel çalışmada termal özelliklerden ısı iletim katsasını ve mekanik özellikler ise çekme ve eğme dayanımı incelenmiştir. Bu nedenle deneysel çalışmalarda kullanılan ölçüm yöntemleri konusunda bilgilendirmeler yapılmıştır.Deneysel çalışma iki farklı ana bölümden meydana gelemektedir. Birinci bölüm deney numunelerin hazırlanması ikinci bölüm ise mekanik ve termal özelliklerinin ölçümleridir. Numune hazırlama işleminde polyester teraftalik reçine kullanılmıştır. Polimer matris oluşturmak için ağırlıkça farklı oranlarda katkı malzemeleri olarak silik kumu, cam tozu, içi boş cam küre, ve cam elyaf takviyeli kumlu borunun kesim atıkları kullanılmıştır. Katkı malzemeleri mekanik karıştırıcıda karıştırılıp silikon kalıplarda deney numumelerinin dökümü yapılmıştır. Deney numunelerine ait mekanik özellikleri Zwick Roell Z250 cihazında , termal özellikler ise Hotdisk TPS 2500 S cihazında ölçülmüştür. Çalışmanın beşinci bölümünde deneysel ölçümlerden elde edilen verilerincelenmiştir. Deneysel verilere göre; İçi Boş Cam Küre (İBCK) katkıkılı numunlerde, en düşük ısı iletim katsayısını sağlarken, Silis Kumu (SK) katkılı numunelerde en yüksek ısı iletim katsayısını değerinin meydana geldiği tespit edilmiştir. Numunlerin üretiminde saf reçine kullanılması, hem çekme hem de eğilme dayanımında en yüksek değerleri eldesini sağladığı anlaşılmıştır. Numuneler arasında en düşük çekme dayanımı İBCK katkılı numunede , en düşük eğilme dayanımı ise Cam Tozu (CT) katkılı numunede meydana gelmiştir. Elastisite modülü açısından CW atığı katkılı numuneler en yüksek değeri sergilerken, SK katkılı numuneler ise en düşük değeri göstermiştir.. Mekanik testlere göre;polimer matris oluşturmak amacıyla kullanılan katkı malzemelerin etkisiyle matris bütünlüğünün yeterince sağlanamaması ve kürleşme sırasındaki mikro gözeneklerin meydana gelmesi nedeniyle mekanik dayanım değerleri … (N/m2) değerinden daha düşük çıkmıştır.. Polimer matrise katkı olarak kullanılan CW ise elastisite modül değeri normal değerlerden daha yüksek çıkmıştır: CW'nin toz halinde olması ve mikro boyuttaki cam elyaf parçalarına bağlanmasıdır.. Isı iletim katsayısı ölçüm değerlerine göre, katkı malzemesi olarak kullanılan İBCK'nın boşluklu yapısı nedeniyle azalmış ve polimer kompozit yapısının ısı yalıtım özelliğine katkı sağladığı görülmüştür.. Katkı malzemesi SK ise, diğer numunelere göre daha yüksek ısı ilettim katsayısını değerine sahip olduğu için polimer matrisin ısı iletim katsayısında önemli bir artışa neden olmuştur. Yapılan deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre polimer matris malzemelde kullanılan katkı malzemeleri

Özet (Çeviri)

Modern engineering and technology demand solutions that surpass the performance limits of traditional materials. To meet this need, composite materials have been developed, combining the superior properties of different materials. Composites generally offer advantages such as high strength, low density, enhanced stiffness, and corrosion resistance, exceeding the individual properties of their components. This thesis meticulously investigates the impact of incorporating various additive materials, namely silica sand (SK), glass powder (CT), hollow glass microspheres (İBCK), and continuous winding (CW) waste, into polyester resin matrix composites. The study involves the comprehensive preparation of diverse composite specimens, followed by precise measurements of their heat transfer coefficients and rigorous comparative analyses of their tensile and flexural strengths. This research aims to provide an in-depth understanding of how specific additives can modify the thermal and mechanical behavior of polyester-based composites, offering valuable insights for their optimized application in various industrial sectors. The experimental approach consisted of two main parts. The first phase focused on preparing composite specimens and subsequently comparing their tensile and flexural strengths. The second phase was dedicated to accurately measuring the heat transfer coefficients of these prepared specimens. Polyester resin was chosen as the matrix material, and silica sand, glass powder, and hollow glass microspheres were added as reinforcing fillers. Additionally, continuous winding (CW) waste material, obtained from Subor Pipe Industry and Trade Inc., was incorporated. For heat transfer coefficient measurements, specimens were produced in three different thicknesses: 5mm, 10mm, and 20mm. For the evaluation of mechanical properties, additives were incorporated into the polyester resin at a consistent weight ratio of 10%. The specimen preparation methodology included several key steps: weighing the terephthalic resin in predetermined ratios, carefully adding the additive materials to the resin, mechanically mixing the resin-additive blend at 650 revolutions per minute (rpm) for one hour, accelerating the curing process by adding 1% by weight methyl ethyl ketone peroxide (MEKP) catalyst, and finally, carefully pouring the mixture into silicone molds. After curing in the molds, the specimens underwent a post-curing process in a Termaks brand oven for 12 hours. In addition to the composite specimens, pure resin samples were also prepared and measured for comparative purposes. The heat transfer coefficient measurements were performed using the HotDISK 2500 TPS heat transfer coefficient measurement device at Sakarya University. The isotropic bulk method was employed, assuming the samples were homogeneous. Measurements were conducted with a heating power of 16 mW and a measurement duration of 20 seconds. Tensile tests were carried out in accordance with ISO 8513 standards, using a tensile machine that moved at a constant speed. Flexural tests were performed using the three-point bending test method, in accordance with ISO 178 standards. The results showed that for pure resin, the heat transfer coefficient decreased as thickness increased (e.g., 0.2000 W/mK for 5mm, versus 0.1837 W/mK for 20mm). For composite samples with additives, variations were observed depending on thickness and additive ratios. In 5mm thick samples, an increase in heat transfer coefficient was noted for silica sand and glass powder as the additive ratio increased, while hollow glass microspheres and CW waste showed an irregular change. The lowest heat transfer coefficient was recorded as 0.143 W/mK for the 10mm thick hollow glass microsphere sample at a 15% ratio. Conversely, the highest heat transfer coefficient was 0.347 W/mK for the 10mm thick silica sand sample at a 10% ratio. The porous structure of hollow glass microspheres provided thermal insulation, whereas silica sand was found to conduct heat more effectively than other samples. Specifically, the addition of hollow glass microspheres reduced the heat transfer coefficient by 24.82% compared to pure resin of the same thickness, while the addition of 10% silica sand increased the heat transfer coefficient by 82.44% in pure resin. These findings are consistent with trends observed in previous studies. For example, one study reported that the thermal conductivity of orange peel composites decreased by half when the weight ratio was increased from 10% to 15%. Another study noted that in composites developed from recycled denim waste, thermal conductivity decreased as the fiber volume content decreased. Research on granite waste powder-reinforced polyester resin composites also indicated that thermal conductivity values increased with increasing filler content. Furthermore, an increase in thermal conductivity of up to 27% has been observed in glass fiber-reinforced epoxy compared to pure epoxy resin. Regarding mechanical properties, the tensile and flexural tests conducted on samples with 10% additive ratios yielded the following results: The highest tensile strength was observed in pure resin, measuring 69.7 MPa. The lowest tensile strength was recorded in the 10% hollow glass microsphere sample, at 19.9 MPa. According to the flexural test results, the highest flexural strength was 122 MPa in pure resin. The lowest flexural strength was 42.9 MPa in the 10% silica sand sample. The highest modulus of elasticity was 3.84 GPa in the 10% CW sample, while the lowest was 2.32 GPa in the 10% silica sand sample. The generally lower mechanical performance of additive-containing materials was attributed to insufficient thickness for maintaining matrix integrity and the presence of micro-pores formed during curing, which reduced the overall strength of the material. The high elasticity modulus observed in the CW-added sample was linked to the presence of powdered micro-sized glass fiber particles within its structure. These mechanical findings are consistent with existing literature. For instance, a study indicated that adding silica sand nanoparticles to epoxy resin composites increased the Young's modulus but decreased tensile strength, with voids and holes due to inadequate mixing being a primary reason for this negative effect. Another study noted that filling vinyl ester composites with glass powder reduced flexural strength and strain as filler content increased, but it increased the flexural modulus at certain proportions. It has also been reported in the literature that the addition of foundry sand significantly affected and reduced both the tensile and flexural strengths of polyester/glass fiber composites. This thesis has provided crucial information regarding the effects of various additive materials on both the heat transfer coefficient and mechanical properties of polyester resin matrix composites. For future research, studies could focus on achieving more homogeneous dispersion of additives within the polyester matrix and effectively eliminating air bubbles during the curing process. Furthermore, a more in-depth investigation into the precise effects of particle sizes on mechanical properties and heat transfer coefficients would be beneficial. Conducting tests with higher additive ratios and thicker samples could offer new perspectives and insights into the results. Finally, examining the deformed regions of samples from mechanical tests using a scanning electron microscope (SEM) could provide new interpretations and detailed analyses of material behaviors and fracture mechanisms. These recommendations will contribute to the development of composite materials with optimized performance profiles for specific applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    994625

    Bakteri selüloz ve borik asit katkılı PVA (polivinil alkol) esaslı polimer film özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of the properties of boric acid and bacterial cellulose-added PVA (polyvinyl alcohol) based polymer film

    GİZEM LEBLEBİCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Ormancılık ve Orman MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM BEKTAŞ

  2. Tez No

    1010879

    Development of polypropylene composite materials reinforced with reduced graphene oxide and talc for automotive applications

    Otomotiv uygulamaları için indirgenmiş grafen oksit ve talk ile takviye edilmiş polipropilen kompozit malzemelerin geliştirilmesi

    İREM DÜZENLİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER

  3. Tez No

    409096

    Plastik katkı maddelerinin, izotaktik polipropilen ahşap kompozitlerin yapı ve özelliklerine etkisi

    The effect of plastic additives onto isotactic polypropylene wood composite structure and properties

    AHMET BAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova Üniversitesi

    Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN YILDIRIM

  4. Tez No

    709840

    Manufacturing and characterization of polymer composites by using selective laser sintering 3D printing method

    Seçici lazer sinterleme 3D baskı yöntemiyle polimer kompozitlerin üretim ve karakterizasyonu

    BURÇİN ÖZBAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI

  5. Tez No

    900881

    Improvement of flame retardancy and mechanical properties of biobased polylactic acid compounds

    Biyo bazlı polilaktik asit harmanlarının mekanik mukavemet ve yanma dayanımı özelliklerinin iyileştirilmesi

    CEREN YARGICI KOVANCI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR

Geri Dön