Glass fiber composites
67 theses under this subject heading
Amfibi zırhlı araçlar için kompozit-alüminyum denge plakası tasarımı, sonlu elemanlar analizi ve üretimi
Denge plakası amfibi zırhlı araçların ön kısmında bulunan, aracın yüzme kabiliyetininin geliştirilmesi, sudaki stabilitelerinin arttırılması ve araçların su içinde ilerlerken suyun araç üzerine birikerek batmasını engellemek için kullanılan, herhangi balistik isteri olmayan bir teçhizattır. Zırhlı araçlarda sürekli artan tehdit isterlerine ve gelişen silah teknolojilerine karşın, araçların koruma seviyesini düşürmeden ve mevcut silah teknolojileri ile karadaki ve sudaki hareket kabiliyetlerini korumak büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla, zırhlı araçlar üzerinde taşınan ve balistik koruma özelliği olmayan yapısal ve yapısal olmayan yardımcı elemanların hafifletilmesi için kompozit malzemelerin kullanımının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu tez çalışmasında bilinen diğer metal denge plakalarının aksine kompozit bir yapı tasarlanmış ve kompozit yapı alüminyum kaburgalar ile desteklenmiştir. Tasarım isterlerini karşılamak için tasarlanan ürüne bilgisayarlı sonlu elemanlar analizleri yapılmış ve tasarım tekrar edilmiştir. Yüksek performanslı ileri kompozit ürün üretebilmek için kompozit malzemenin yapısı tasarlanmış ve malzeme tasarımına uygun üretim süreci belirlenmiştir. Nihai tasarıma sahip denge plakası, cam elyaf epoksi prepreg kumaş ile otoklavda üretilmiştir. Tasarlanan teorik yapı başarılı bir şekilde tasarımla uyumlu olarak üretilmiş ve geliştirilen kompozit-alüminyum denge plakası yapısı, hedeflenen yapısal ve fonksiyonel özelliklerden ödün vermeden %40 hafifletilmiştir
Nanopartikül takviyeli kompozit malzemelerin işlenebilirliğinin araştırılması
Bu çalışmada, farklı malzemelerin en iyi özelliklerini tek bir malzemede toplayıp, fiziksel ve mekanik ihtiyaçları karşılayarak birçok kullanım alanına sahip stratejik malzeme üreterek; nanopartikül takviyesi ile daha dayanıklı, daha hafif, alışılandan farklı ve üstün malzeme özellikleri/üretim süreçleri elde edilmiştir. Vakum infüzyon yöntemi kullanılarak; 8 katmanlı düz örgülü cam elyafı ile epoksi reçinenin ağırlıkça % 0,1 oranında çok cidarlı karbon nanotüp (ÇCKNT) katkılı ve katkısız kompozit tabakalar üretilmiştir. İmalatı tamamlanan her bir kompozit tabakadan örnekler alınarak; çekme testi, yoğunluk ve yakma testi, sertlik analizi yapılarak mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Nanopartikül katkısının elastik modül, çekme dayanımı, poison oranı, yoğunluk, fiber hacim oranı, matriks hacim oranı, boşluk hacim oranı, yüzey sertliği üzerine etkisi tespit edilmiştir. Saf ve katkılı kompozit tabakalardan aynı sayıda ve ölçülerde test numuneleri hazırlanarak, aynı şartlar altında ayrı ayrı işlenebilirlik çalışmaları yapılmıştır. Farklı kesme profilli zımba ve kalıp kullanarak delme, parmak freze kullanarak orbital delme ve frezeleme, farklı nokta açısına sahip matkaplar kullanarak konvansiyonel delme, lazer kesim ve su jeti kesim gibi imalat yöntemleri kullanılarak işlenebilirlikleri analiz edilmiştir. Zımba ile delme çalışmalarında; yük ölçümü için Amatek (Load Cell), basınç ölçümleri için Fujifilm (Prescale) , boyut ve yüzey kontrolleri için 3 boyutlu lazer tarama (Romer Absolute Arm) kullanılmıştır. Freze çakısı ve matkap kullanılarak yapılan delme işlemi Makino S33 model CNC tezgahında faklı tezgâh devri ve ilerleme parametreleri seçilerek yapılmıştır. Yüzey frezeleme işlemleri ARION GEVS 500A NC freze tezgâhı kullanılarak tamamlanmıştır. Kesici takım aşınmaları Zoller Genius 3s tezgâhı kullanılarak tespit edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri için Mitutoyo Surftest SJ-310, ölçüsel kontroller için Mitutoyo 150 mm dijital kumpaslar kullanılmıştır. Frezelenen yüzeyler Olympus BX-53 PHAKO stereo mikroskobu ile muayene edilmiştir. Lazer ve su jeti kesimde elde edilen mikroskobik bulgular Nikon SMZ 745T mikroskobu ile analiz edilmiştir. Garnet aşındırıcılı su jeti ve CO2 lazer yöntemleri kullanılarak yapılan kesimlerden elde edilen termal ve mekanik hasarlar, ölçüsel problemler ve hassasiyetler rapor edilmiştir.
Farklı istifleme sıralamaları ile üretilmiş metal ve elyaf takviyeli kompozitlerin işlenebilirliğinin araştırılması
Bu çalışmada, CFRP ve GFRP katmanlarından oluşan 5 farklı Al 2024/ FRP (12 kat)/ Al 2024 istifleme sıralamasına sahip hibrit FML kompozit levhalar vakum torbalama yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen bu malzemeler işlenebilirlik deneylerinde (matkapla konvansiyonel delme ve aşındırıcı su jeti ile delme) ve mekanik testlerde (çekme testi ve düşük hızlı darbe testi) kullanılmıştır. Matkapla konvansiyonel delme işleminde, 4 farklı (100, 200, 300 ve 400 mm/dk) ilerleme hızı ve 3 farklı (1500, 3000 ve 4500 rpm) kesme hızı kullanılmıştır. Delme esnasında 6 mm çapında tungsten karbür burgulu matkap kullanılmıştır. Tezgah üzerinde bulunan dinamometre ile kesme kuvveti ve tork değerleri belirlenmiştir. Mitutoya 2D profilometre ile yüzey pürüzlülük ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca, SEM analizi ile yüzey morfolojisi detaylı şekilde incelenmiştir. Aşındırıcı su jeti ile delme işleminde, 3 farklı (400, 600 ve 1000 mm/dk) ilerleme hızı kullanılmıştır. Meme çapı, kesme basıncı, aşındırıcı garnet miktarı ve nozül uzaklık mesafesi sabit tutulmuştur. Delme işlemi sonrasında, giriş-çıkış delik çapı, malzeme kalınlığındaki değişim, kerf açısı ve delik sapma oranı belirlenmiştir. Zygo optik profilometre ile yüzey pürüzlülüğü ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca SEM analizi ile delik içerisinde meydana gelen kusurlar detaylı şekilde gösterilmiştir. Her iki delme yönteminde ve mekanik testlerde istifleme sıralamasının etkisi kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Çalışmanın sonucunda, her iki işlenebilirlik yönteminde de istifleme sıralamasının önemli bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. GFRP yapılarda, delik hasarlarının daha yoğun olduğu gözlemlenmiştir. En düşük yüzey pürüzlülük değerleri tamamen CFRP yapılı istiflerde ölçülmüştür. Hibrit kompoztilerde de genelliklle GFRP yapının yüzey pürüzlülüğünü artırdığı tespit edilmiştir.
Yaşlandırma işlemine tabi tutulan kompozit plakaların balistik hasarının sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve incelenmesi
Balistik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan elyaf takviyeli kompozit malzemeler çeşitli yaşlandırma prosesleri nedeniyle zaman içerisinde bozunmaktadır. Yaşlandırma nedeniyle bozunan kompozit malzemenin mekanik özelliklerinin tespiti, uygulamada kullanım için önem arz etmektedir. Literatürde çeşitli yaşlandırma işlemine maruz bırakılan kompozit malzemelerin deneysel, teorik veya sonlu elemanlar yöntemiyle incelendiği görülmüştür. Ancak yapay deniz suyu ortamında yaşlandırılan kompozit malzemenin, sonlu elemanlar yöntemiyle kademeli hasar incelemesi ile ilgili yapılan çalışmaya rastlanmamıştır. Bu sebeple bu çalışmada, yapay deniz suyu ortamında yaşlandırılan S2 cam/epoksi kompozit malzemenin Ls dyna ve Mat 162 malzeme modeli kullanılarak kademeli hasar incelemesi yapılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında S2 cam/epoksi kompozit plakalar üretilmiş ve üretilen plakalar standartlara uygun kesilerek test numuneleri elde edilmiştir. Kesilen numuneler, yaşlandırılmayanlar için bir grup ve yaşlandırma işlemine tabi tutulanlar için ise 3 grup (4, 8 ve 12 ay) olmak üzere dört gruba ayrılmıştır. Elde edilen numuneler yapay deniz suyu ortamında yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Tüm numunelere uygulanan testler ile malzemenin mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Ayrıca mekanik testlerden ve literatürden (İlk grup için literatürden ve diğer gruplar için ise bir önceki grubun verileri baz alınarak) elde edilen veriler kullanılarak Mat 162 malzeme modeli parametrelerinin taslak hali elde edilmiştir. Elde edilen Mat 162 malzeme modeli parametreleri ile testlerin sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Analiz ve test sonuçları karşılaştırılarak hem yaşlandırılan hem de yaşlandırılmayan gruplar için Mat 162 malzeme modeli parametreleri elde edilmiştir. Malzemede yaşlandırma işleminin etkisiyle "am ve yoğunluk" parametreleri hariç diğer Mat 162 malzeme modeli verilerinde düşüş tespit edilmiştir. Tüm gruplar için elde edilen Mat 162 malzeme modeli parametreleri ile balistik uygulamaya ait sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre yaşlandırma süresi arttıkça balistik dayanımın azaldığı belirlenmiştir. Ayrıca grupların yaşlandırma işleminden etkilenen Mat 162 malzeme modeli parametreleri için yaşlandırma süresine bağlı eğri denklemleri elde edilmiştir. Bu denklemler kullanılarak Mat 162 malzeme modeli veri tespitlerinin, 12 aydan fazla süren yaşlandırma işlemi için de yapılabilmesi sağlanmıştır.
Rear middle bumper design of a raised floor bus
In parallel with the development of technology in the automotive industry, from past to present, the usage of motor vehicles have increased rapidly. Together with the increased numbers of motor vehicles acting on highways, the huge number of highway collisions have started to be a critic problem for the nations. The statistics of the World Health Organization show that worldwide more than 1.25 million people die and 20 to 50 people suffer from the highway accidents annually. At this point, integrating systems and structures that take a role on minimizing the impact of collisions on the passenger and pedestrians has become an important issue for the automobile makers. Bumper systems that are integrated to the front and rear ends of the motor vehicles are one of these impact reducers in case that an automobile hits any object or a pedestrian. In this thesis study, it is aimed to review the present literature and applications of the automobile bumper systems and to introduce proper material, production method and design proposals for a rear middle bumper of a raised floor bus by taking the information of the present bumper applications into consideration. This study starts with the review of the definition and functions of automobile bumper systems and the historical development of the present bumper structures. As the driver and passenger compartments in a raised floor bus is in a heigher level than the collision height, the primary functions of bus bumpers differs from the passenger cars. Therefore, the functions of bus bumpers are focused on in details in this study. Afterwards, within the scope of this study, the types of bumper systems that are used in today's automobiles are explained and demonstrated with figures and information about the sub-components of these bumper systems are given in details. In order to explain the importance that automotive bumpers are not only parts that beautifies the automobile body, the current highway standards and regulations that concern the requirements demanded from the bumper systems of passenger cars are shortly described. After the review of general information about the automotive bumper systems, current standards and regulations, in the oncoming sections of this study, the materials and most commonly used manufacturing technologies applied for the production of automotive bumpers are described in details by demonstrating also with figures. By explaining the advantages and disadvantages of each production method, a comparison of these applications are summarized in order to use as a reference during selection of the material and production method proposals of the rear middle bumper of a raised floor bus. In addition to the present applications, the challenges about the bumper materials that automotive manufacturers will face in the future are also shortly mentioned. Prior to the design proposal of the rear middle bumper, as Finite Elements Methods (FEM) is used during the modeling phase of the rear middle bumper, a review about the Finite Elements Methods are given in the following sections of this study. The definition of FEM is explained and approaches used during a FEM study are described. Afterwards, the steps that are followed during a FEM analysis and the advantages of using this method are mentioned. In this study, the present computer aided design applications that use FEM during the design, modeling and structural analysis phases are also stated shortly. Among these applications, Siemens NX that is used during the design steps in this thesis study was explained in details. Taking all these information explained above into consideration, in order to propose design solutions for the rear middle bumper of a raised floor bus within the scope of this thesis study, a systematic design approach starting with definition of the task and preparation of requirements list is implemented. After generating the requirements list, as the following step, by evaluating all the bumper material and production methods explained in the previous sections, two alternatives of bumper materials and production methods are proposed accordingly to the requirements expected from the rear middle bumper. After selection of the bumper material and production method alternatives, firstly the surface modeling is figured out using the computer aided design software Siemens NX. Then, by adding volume on the surface model, the 3D models for both alternatives are generated. In order to minimize the part complexity and accordingly the unit cost, firstly the 3D models are figured out without any reinforcing ribs added on the part. In order to examine the strength of these models, the displacement and stress analysis are implemented in Siemens NX under certain load conditions. The analysis results are evaluated according to the allowed maximum limit values stated in the requirements list. Based on the weak results of the analyses applied for the ribless models, iterations by adding reinforcing ribs are implemented on the models and the analyses are repeated. At each stage of these step-by-step iterations, the figures of the 3D models showing the analysis results are demonstrated and the results are summarized in tables in order to give the reader a clear view. As a consequence of this study, the proper rear middle bumper design solution that meets all the expectations stated in the requirements list is selected. As today's competitive environment in the automotive industry will increase rapidly in the near future, to overcome the future challenges, recommendations for cost reduction and meeting public expectations, such as reduction of environment pollution, are also proposed for the rear middle bumper design in the scope of this study.
Nanojelkot kaplamalı cam elyaf takviyeli polimer kompozitlerin yaşlandırma sonrası mekanik, termal ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi ve istatistiksel analizi
Lif takviyeli polimer kompozitler sahip oldukları yüksek mukavemet ve hafiflik özelliklerinden dolayı klasik kompozitlere göre daha çok tercih edilirler. Montaj, tamirat ve üretim kolaylığından dolayı denizcilik alanlarında tercih edilen bu kompozitler çevresel şartlara maruz kalırlar. Olağanüstü özelliklere sahip olmalarına rağmen, ultraviyole radyasyona (UV), donma/çözülme döngülerine veya değişken hidrotermal koşullar gibi çevresel şartlara maruz kaldıklarında kullanım ömürleri azalır. Bu etkileri minimuma düşürüp kullanım ömürlerini optimum hale getirebilmek için lif takviyeli polimer kompozitlere jelkot kaplama uygulaması yapılır. Jelkotlar özellikle cam elyaf takviyeli polimer (CTP) kompozitler için yüzey görüntü kalitesi ve dış etkilere karşı performansı arttırmak maksadı ile kullanılır. En yaygın kullanılan jelkotlar, epoksi veya doymamış polyester bazlı termoset polimerlerdir. Literatürde CTP'lerin klasik jelkotlar ile kaplanarak çevresel şartlara karşı dayanım özelliklerini arttırma konusu üzerine çalışmalar mevcuttur. CTP'lerin kullanım ömürleri bu yöntem ile arttırılsa da daha uzun kullanım ömürlerine sahip kompozitlere ihtiyaç duyulmaktadır. Geleneksel olarak kullanılan jelkotlara kıyasla nanopartikül katkılı jelkotların mekanik ve bariyer özelliklerinin daha iyi olduğu bilinmektedir. Fakat nanopartikül katkılı jelkotların kompozitler için özellikle denizcilik alanlarında kullanılan CTP'ler için, kaplama uygulamalarında kullanılması ve bu kaplamanın kompozit malzemeyi çevresel şartlardan nasıl koruyacağı ile ilgili çalışmalar yok denilecek kadar azdır. Bu çalışmada cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin yüzeyleri nanopartikül katkılı jelkotlar ile kaplanmış ve zorlu çevresel şartlara dayanıklılıkları test edilmiştir. Çalışma için cam elyaf seçilmesinin sebebi malzeme ve üretim maliyetinin düşük olması ve denizcilik alanında oldukça fazla kullanılmasıdır. Nanopartikül olarak literatürde de jelkot için olumlu katkıları olduğu bilinen titanyum dioksit (TiO2) ve nanokil kullanılmıştır. Kaplama yöntemi olarak püskürtme kaplama yöntemi tercih edilmiştir. Kompozitler donma/çözülme döngüsü ve değişken hidrotermal koşullara maruz bırakılmış ve ardından bu faktörlerin kompozit malzemenin mekanik ve termal özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Mekanik testler; çekme testi, eğilme testi, basma testi ve tabakalar arası kayma testleridir. Termal testler Diferansiyel termal analiz (DTA) ve Termogravimetrik analiz (TGA) testleridir. Testlerden sonra deneysel sonuçların birbirleri arasındaki ilişkileri ve anlam bağıntıları ANOVA analizi ile istatiksel olarak değerlendirilmiştir. Sonuç olarak nano TiO2'nin kompozit malzemenin hem mekanik hem de termal açıdan koruyucu özelliğini arttırdığı fakat nanokilin düşürdüğü tespit edilmiştir.
Elyaf takviyeli hibrit kompozit malzemelerin darbe davranışlarının incelenmesi
Bu çalışmada el yatırma yöntemi ile üretilmiş cam, karbon elyaf takviyeli ve hibrit kompozit malzemelerin mekaniksel özelliklerini belirlemek için izod çentik darbe testi, çekme testi, üç nokta eğilme testi ve pin bearing testleri uygulanmıştır. Yapılan test sonuçlarına göre, üretimi yapılan kompozit malzemelerin mekaniksel özelliklerinin üretimde kullanılan takviye elamanı olan elyaf türüne, dokuma kumaş yoğunluğuna önemli oranda bağlı olduğu tespit edilmiştir. Sadece cam dokuma kumaşların takviye elemanı olarak kullanılan kompozit malzemeler arasında en yüksek mekaniksel özeliklerin dokuma kumaş yoğunluğu 300 gr/m2 olan malzemelerde olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca darbe dayanımı düşük olan karbon elyaf takviyeli kompozit malzemenin 300 gr/m2 lik cam elyaf ile hibritleştirildiğinde darbe dayanımında yaklaşık %51'lik bir artış olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, hibrit malzemedeki cam elyafı darbe dayanımını arttırırken, karbon elyafı çekme dayanımı, eğilme dayanımı ve pin bearing dayanımı gibi mekanik özellikleri arttırdığı gözlemlenmiştir.
Polimer matrisli kompozit malzemelerin modern kaplama yöntemleri ile kaplanabilirliğinin incelenmesi
Bu çalışmada, pultrüzyon ve el yatırma yöntemleriyle ile imalatı yapılan kompozit malzemelerin alev sprey kaplama yöntemi ile kaplanmasında kaplama özelliklerinin incelenmesi yapılmıştır. Kaplama yapılacak olan pultrüzyon yöntemi ile imalatları yapılan kompozit lama profillerinin imalatında sürekli cam elyafı ve matris malzemesi olarak polyester reçine kullanılmıştır. Kaplama yapılacak olan el yatırma yöntem ile kompozit malzemelerin imalatında farklı elyaf yoğunluklarına sahip (200, 300 ve 500 g/m2) cam elyaflı ve 245 g/m2 karbon dokuma kumaşlar ve matris malzemesi olarak epoksi reçine kullanılmıştır. Kaplama yapılacak olan numuneler profillerden elmas disk testere yardımıyla planyada kesilerek hazırlanmıştır. Plaka şeklindeki kompozit malzemelere alev sprey kaplama yöntemi ile Al2O3, Al2O3+TiO2, Cr2O3+SiO2+TiO2, Cr2O3+TiO2 seramik tozların kaplama işlemleri yapılmıştır. Kaplama yapılan malzemelerin kaplama kalitesini incelemek için standartlara uygun numuneler hazırlanıp mikroyapı incelemeleri, sertlik ölçümleri, yüzey pürüzlülüğü ölçümleri ve yapışma mukavameti değerlerinin tespiti için deneyler yapılmıştır. Numunelerin mikroyapı incelemeleri optik ve SEM mikroskobunda yapılmıştır. Kaplamaların porozite miktarlarının ölçümleri, optik mikroskopta bulunan Clemex görüntü analiz programı ile yapılmıştır. Kaplamaların mikrosertlik değerleri mikro sertlik ölçme cihazında ölçülmüştür. Numunelerin yapışma mukavemetleri, ASTM C-63 standardına göre çekme deneyi cihazında belirlenmiştir. Kaplama yapılan kompozit malzemenin özelliklerinin kaplama kalitesini etkilediği belirlenmiştir. En yüksek yapışma mukavemeti değeri polyester kompozit malzeme üzerine yapılan Al2O3+TiO2 kaplamada elde edilmiştir. Özellikle Al2O3+TiO2 malzemesinin kaplama malzemesi olarak kullanıldığı kompozit malzemede yapışma mukavemetine önemli etki ettiği gözlemlenmiştir. Porozite miktarı yüksek olan kaplamaların sertlik değerleri ve yapışma mukavemeti değerleri düşük meydana gelmiştir.
Improving the electrical performance of lead acid battery with electrodes containing different additives
Enhanced flooded battey (EFB) is used on start stop vehicle that is serially producted because of sanctions for reducing emission values by European Union. These batteries have positive & negative paste containing different additives. Within the scope of the thesis, it is aimed to increase the electrical performance of EFB batteries by improving chemical properties of negative and positive electrode. For this purpose, H2O2, diatomites, carbon black and carbon fiber were used as additives in positive and negative paste. Experimental studies consist of three parts. In the first part, these additives and other chemicals (PbO, sulfuric acid, lignosulfonate, barium sulfate, glass fiber) were characterized. In the second part, positive and negative electrodes (anode, cathode) was prepared and characterized. The last part, prototype batteries or cells was prepared and electrical performance tests were done. Consequently, increasing the porosity of electrodes and penetration of sulfuric acid into more surface area were aimed adding diatomite additive in the positive and negative active material. However, diatomite has adversely affected the charge efficiency because of it creates passive areas in the active material. Carbon fiber additive were used in the positive and negative active material both in order to hold of the paste and bring carbon black properties. But, electrical performance of the batteries was not increased since carbon fiber was not homogenously distributed in the negative active material. Carbon black was added mixed with water and sulfuric acid for homogenously distrubition in the negative active material. With this additional method has positively contributed battery electrical performance. H2O2 additive was used both positive and negative active material in order to prevent excessive temperature rising, keep high moisture, increase porosity of electrodes by forming an intermediate reaction with free lead. Electrical performance of batteries is significantly increased with high porosity electrodes.
Investigation of the effect of carbon nanotubes on hybrid glass/carbon fiber reinforced composites
Composites have been attaining great concentration due to the customized properties of reinforcements and matrices and their ability to make high performance materials to replace the current structural materials. The development for the high performance composites with very low weights of materials is keeping high interest levels for the researchers. Few decades later, the discovery of Carbon Nanotubes helped the researchers in making a way for the high performance materials. This discovery also took a positive effect on the performance of composite materials. Carbon Nanotubes have been acknowledged widely for strengthening the mechanical properties of the composites. There are several ways to accommodate the interaction of the CNTs within the composite materials but the costs are high. Chemical Vapour Deposition is an effective way to grow CNTs on reinforcement but it requires higher temperatures and time. The elevated temperature also affects the strength of the reinforcement. The interaction of CNTs with the reinforcement by grafting technique is a suitable technique to induce even distribution of CNTs in the composite materials. According to the study this technique can be used prior to the composite development (i.e. Vacuum bagging, Vacuum Resin Infusion etc.). The temperature requirement is low as compared to the chemical vapour deposition method. The dispersion of CNTs also takes place in an organic solvent which has an advantage over the CNTs dispersion in matrix. To develop samples of CNTs reinforced composite, flat surface mould is selected. Epoxy resin as matrix material while E-glass fibres and carbon fibres are used as reinforcement material. Three layered composites were prepared with four different combinations. 20 samples were produced, utilizing vacuum bagging technique, of dimension (0.40 x 0.30) 1.2 m2. 16 out of 20 samples are simple composites without grafting of CNTs while others are CNT grafted. Reinforcement is used in the form of woven fabrics. CNTs functionalized with carboxylic group were dispersed in dimethylformamide/PAN suspension through ultra-sonication and sprayed onto the reinforcements in four different volume combinations for each side of the reinforcement i.e. 5 ml, 7.5 ml, 10 ml, 12.5 ml. The process is followed by thermal treatment at 250oC for 3 hours. Reinforcement material is laid on a plain mould after applying lubricant on the base. Resin was applied through hand layup and composites were manufactured by vacuum bagging technique. Mechanical analysis was carried out. ASTM D-3039 standard procedure was followed for tensile tests while ISO 14125 standard procedure was followed for the bending tests of composite. Their comparison of the results for the tensile, flexural and impact tests showed interesting improvements in the strength of some composite materials. There was no significant improvement in the tensile properties of the composite materials except for the [CCC] composites grafted with 15 ml of CNT/PAN. Significant improvement is observed in the flexural properties of the composite materials grafted with CNTs. In order to compare the MWCNTs grafted composites with the Matrix dispersed MWCNTs composites, 4 more specimens were prepared with the same mean quantity of the MWCNTs in CNTs grafted composites. In this case also, the results showed higher raise in the flexural strength up to 70% of the composites but the tensile strength remain unchanged. The impact strength results also showed valuable information about the usage of the MWCNTs in the composite system. The impact response was improved as the CNT content increased within both the techniques. 15ml – 20 ml of CNT/PAN solution enhanced the impact response to a higher extent whereas the dispersion technique also helped in improving the impact behaviour of the composite material. This practical study about the effect of carbon nanotubes concludes the influence of techniques by which CNTs are introduced into the composite material and their compatibility with the reinforcement in each technique. The method which is usually carried out to incorporate the CNTs in the composite material is through chemical vapour deposition which consists of very high temperature treatment up to 800 o C. Since this method requires high temperature conditions which is economically not good and the reinforcements can also be degraded when treated with higher temperatures for longer times, the other methods can play an important role in utilizing the maximum performance properties of the reinforcements. Two methods which are used in this study consists of the grafting method and the dispersion method. Grafting method deals with the interaction of CNTs directly with the reinforcements to incorporate chemical bonds. In order to increase affinity of CNTs towards the reinforcement to produce chemical bonding, the CNTs are functionalized with the acid group (–COOH) prior to the introduction with the reinforcements. Functionalized CNTs and polyacrylonitrile fibres are dispersed in dimethylformamide through ultrasonic processor so that the aggregates could be properly dispersed in the solvent. The dispersion is sprayed on both sides of the reinforcements followed by the oven treatment at 250 oC for 3 hours so that bonding could take place. In this study 4 different volumes of dispersion with same concentration of CNTs were used to observe the effects on mechanical properties of the composite materials. After the oven treatment, composites were manufactured using the hand layup process for resin spreading and excessive resin was extracted out using the vacuum bagging. The grafting technique was expected to give improved tensile properties to the composites because the direct chemical bonding of CNTs with the reinforcements strengthens the branched networks ultimately empowering the material to hold bigger loads with breaking. The results came out to be good for the [CCC] composites but the degradation was more in other combinations. Further to that the higher volumes of CNT dispersion also drastically degraded the tensile properties of the material which could be the reason of slipping layers over each other. The flexural and impact properties of the materials showed particular improvements in 15ml and 20ml of the spray volumes which was quite significant. Second methodology which is used in this study for incorporating CNTs in the composite materials is by dispersion method that takes place by dispersing the CNTs in the resin through ultrasonication. The resin dispersed with CNTs is then hand laid up on the reinforcement followed by vacuum bagging to make composites. Ultrasonic dispersion allowed the CNTs to stack themselves in the matrix in such a way that could produce continuous networking structure which reduces the tendency of micro-cracking in the composites. In the experiments, this methodology showed a little improvements in the tensile direction also but the major improvements were seen in the flexural and impact properties. The impact response of the composite was drastically improved that allowed to absorb more force without cracking. The usage of glass fabric in hybrid composites also influences the flexural and impact properties of the entire material since it has high flexural properties. Combination of glass fabric along with the CNTs network helps in creating a resultant material with significant improvement in flexural and impact strength properties. The reason lies in the continuous stacking arrangement of the CNTs in the matrix. The stacking arrangement of CNTs depends on the diameter of CNTs which makes it able to acquire more surface area towards the matrix. Smaller diameter nanotubes are considered as fine which allows much closely stacking arrangement causing the continuous network of nanostructures which increases the strength of the composite material. The alignment of stacking is also considered a very important characteristic. Properties along the axis of the nanotubes are enhanced whereas the properties which are dependent on perpendicular alignment are sacrificed. Proper dispersion of the CNTs in the solvent or resin defines the stacking of nanotubes and reduce the agglomeration of the nanoparticles which cause the deficiency in the strength. The higher quantities of the CNTs in the composite also increases the probability of agglomeration which causes the concentrated stress of very smaller areas which leads to ultimate damage.
Designing of fuel tank bracket systems of a heavy duty truck with hybrid materials by validating with calculations and optimizations
Research and development process of transition from conventional steel fuel tank brackets to composite/ hybrid fuel tank brackets is also assigned to the R&D Center of Mercedes-Benz Türk A.Ş.. Within the scope of this thesis, it is aimed to develop a complete methodology, which consists of geometrical design, computer aided simulations and calculations, mechanical tests and comparison of these results.
Influence of water-cement, polymer-cement and fiber-cement ratios on properties of fiber reinfroced mortars
Mortars are one of the very important construction material to build safe buildings, bridges, barrages and new constructions. Because of its importance and its huge usage area, they are frequently researched by universities and by firms. There is also need for further modification and analysis of mortars to develop this material for future applications and according to needs of humans. This study focuses on influence of different ratios of water-cement, polymer-cement and fiber-cement ratios, hybrid fibers on mortars. Due to this aim a mathematical model is evaluated. To create mathematical model surface respond method has been used. As a design of experiment, central composite design has been used. Fiber type and polymer type are selected constant during mathematical model. Only 12mm glass fiber and acrylic-styrene copolymer resin has been used. The proportions of polymer-cement, fiber-cement and water-cement ratios are evaluated according to central composite design. There is an important advantage to use surface respond method in the experiments. In the end of experiments, the results can be defined as mathematical equations and it is possible to estimate the whole results in the range of design of experiments without making further experiments for unselected values. Out of mathematical model, there are three group of polymer modified hybrid fibered mortar produced. In hybrid fibered mortars combination of polypropylene-12 mm glass fiber, polyamide-12 mm glass fiber and 3mm Cem-FIL glass fiber are evaluated. Additionally, one group has been produced with 6mm surface treated glass fiber. To find out the trade-off between effect of polymers, different type of and different amount of fibers and also the effect of combination of fibers, flexural, compressive and slump tests are performed. Slump tests are performed after the mixing of fresh mortar. Due to using slump values, viscosity and processability of mortar have been understand. After production of mortar specimens, they are waited 2 days in water pool and totally 60 days are waited. Because of the polymer content, the cure time is restricted to 2 days. After production, after water cure and before testing the specimens, their weight are calculated and noted to see their weight change up to time. The magnitude of specimens are 40x40x160mm3. There are totally 60 specimens according to mathematical model, 9 with hybrid fibered and 3 with surface treated fibered mortar specimens produced. Extensive results of mechanical, weight-loss and viscosity of mortars is discussed in result and discussion part.
Reaktif termoplastik reçine ile sürekli elyaf takviyeli kompozit üretilmesi ve alev geciktiricilerin etkilerinin tespiti
Bu tez çalışmasında yüksek mukavemetli kompozit üretim yöntemlerinden biri olan vakum infüzyon yöntemi ile reaktif termoplastik esaslı kompozit üretimi gerçekleştirilmiştir. Farklı cam fiber üreticilerinin elyafları ve alev geciktirici katkılar ile kompozit yapıların mekanik performansı değerlendirilmiştir. Şişecam ve 3B üretimi olan cam elyafları ile üretilen termoplastik (PMMA) matriksli kompozit malzemeler, termoset matriksli (Vinilester, Epoksi ve Üretan akrilik) kompozit malzemeler ile kıyaslanmıştır. Takviye malzemesi olarak Metyx Composites tarafından üretilmiş sürekli cam fiber takviyeli tek yönlü, 1200g/m² ağırlığında örgü cam kumaş tercih edilmiştir. İki farklı cam elyaf üreticisinin farklı sizing etkisi de yapılan kompozit laminatlarla incelenmiş ve çalışmada termoplastik reçinenin iki farklı cam elyaf (3B ve Şişecam) ile uyumluluğu incelenmiştir. Termoplastik polimerler eriyik sıvı halde çok viskoz malzemeler olduklarından konvansiyonel kompozit üretim yöntemlerinden biri olan vakum infüzyon yöntemi ile elyafı ıslatamadıkları bilinmektedir. Bu çalışmada kullanılan düşük vizkoziteli yeni nesil reaktif akrilik polimer ile bu sıkıntının önüne geçilmiş ve reçine akış hızı testlerinde, PMMA reçinesinin takviye kumaşlarını termosetlere göre yaklaşık %35-39 daha hızlı ıslattığı görülmüştür. PMMA matriksli kompozite alev geciktirici özelliği verilmeye çalışılmıştır. 3B cam elyafıyla üretilen PMMA kompozit malzemelere fosfatlı, inorganik ve halojenli-fosfatlı alev geciktirici katkıları farklı oranlarda eklenmiştir. Aluminyum trihidroksit (ATH), trietilfosfat (TEP) ve trikloropropilfosfat (TCPP) katkıları %2,5, %5 ve %7,5 olarak sırasıyla farklı oranlarda eklenmiştir. Bu laminattan elde edilen numunelere testler yapılmıştır. Ek olarak sadece trietilfosfat (TEP) %15 oranında eklenerek etkisi incelenmiştir. Daha sonra bu katkıların etkisini görmek için çekme, basma, düzlem içi kesme (IPS), üç nokta eğme ve ILSS testleri yapılmıştır. Alev geciktiricilerin etkisinin gözlenmesi için UL-94 testleri uygulanmıştır. Yapılan dikey yanma testlerinde TEP (fosfatlı) katkısı hariç diğer numunelerde etkin bir alev geciktirme özelliği görülmemiştir. TEP (fosfatlı) katkısının %15 oranında sağlandığı testlerde daha düşük katkı oranlarına göre alev geciktirme özelliğinde etkin bir artış gözlenmiştir. Ancak %15 katkı oranının UL-94'te sınıflandırılması için yeterli olmadığı ve katkı oranın attırılması halinde malzemenin sınıflandırmaya girebileceği öngörülmüştür. Yatay yönde yapılan yanma testlerinde kompozit malzemeler bütün katkılar ve katkı oranlarında HB (yavaş yanan) olarak sınıflandırılmıştır. HB sınıflandırmanın katkı oranları ile değişmediği görülmüştür. Alev geciktirici eklenerek üretilen kompozitlere mekanik testler yapılmış ve artan oranlarda eklenen katkıların mekanik özellikleri genel olarak düşürdüğü gözlenmiştir. Tabakalar arası kayma testlerinde yapılan gözlemlerde dayanımın düştüğü gözlenmiştir. Kayma testlerinde elde edilen bu veriler katkıların elyaf matriks arayüzeyindeki bağ kuvvetlerini zayıflatarak elyaf-reçine uyumluluğunu etkilediğini göstermiştir. Genel olarak alev geciktirici katkılar birbiriyle kıyaslandığında inorganik alev geciktiricilerin düşük oranlarda katıldığında etkinlik sağlayamadığı, halojenli-fosfatlı alev geciktiricilerin inorganiklere göre daha iyi, fosfatlı alev geciktiricilere göre daha düşük etkinlikte olduğu görülmüştür. Diğer yandan %15 altındaki oranlarda katkıların alev geciktiricilik özelliği sağlayamayacağı görülmüştür. Yapılan çalışma sonunda yeni nesil reaktif termoplastik reçinelerin cam elyaf takviyeli kompozit üretiminde termoset muadillerinin yerini alabileceği ve fosfatlı alev geciktirici katkıları ile alev geciktirme özelliği verilebileceği tespit edilmiştir.
Değişken cam elyaf dizilimli izolatörlerde mekanik ve dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, kum dolgulu ve farklı fiber yönlendirmeli cam elyaf takviyeli kompozit izolatörlerin fiber dizilimine bağlı olarak mekanik ve elektriksel performanslarındaki değişim incelenmiştir. Literatürde çoğunlukla kum dolgu veya sabit yönlendirmeyle üretilen izolatörlerin aksine, bu tez kapsamında farklı yönlendirilmiş laminasyon stratejileri (0°, 90°, ±45°, ±90°) uygulanmıştır. Amaç, fiber diziliminin hem mekanik dayanım hem de dielektrik özelliklerinin üzerindeki etkilerini ortaya koymaktır. Yapılan üretimlerde fiber hacim oranı sabit tutulmuş, el yatırması yöntemiyle numuneler hazırlanmıştır. Çekme ve eğilme deneyleri sonucunda, fiber yöneliminin kritik bölgelerdeki kırılma davranışına etkisi değerlendirilmiş, daha dayanıklı ve daha kompakt izolatör tasarımları için veri sağlanmıştır. Ayrıca, sonlu elemanlar yöntemi (FEA) kullanılarak izolatör yapıları bilgisayar ortamında modellenmiş, bu sayede farklı fiber yönelimlerine ait gerilme dağılımları ve mekanik tepkiler detaylı şekilde analiz edilmiştir. Buna ek olarak, değişken fiber diziliminin izolatörlerin dielektrik performansı üzerindeki etkileri, meger testi, uygulanan gerilim ve kısmi deşarj testleriyle değerlendirilmiştir. Sonuçlar Maxwell analiziyle doğrulanmıştır.
Katkı maddelerinin polimer esaslı termoset kompozitlerin mekanik özelliklerine ve darbe dayanımına etkilerinin araştırılması
Kompozit malzemelerin ağırlıklarına oranla üstün mukavemetleri başta havacılık, deniz araçları ve otomotiv sektörü olmak üzere birçok endüstriyel sektörde yaygın olarak kullanımını arttırmıştır. Bununla birlikte kompozit malzemelerin mukavemetlerini arttırmak için matris malzemesine mikro ve nano seviyede çok çeşitli katkı maddeleri ilave edilmektedir. Bu çalışmada plain dokuma ve iki eksenli kıvrımsız dikişli E-cam takviyeli epoksi reçine kompozitlerine seramik nanokil, poliamid mikro kürecikleri ve karbon nanotüpleri olmak üzere üç farklı katkı maddesi ilave edilmiştir. Organik interkalasyonlu nanokil, küresel toz poliamid nanopartikülleri ve kısa çoğul duvarlı karbon nanotüplerin ayrı ayrı ve birlikte eklenmesiyle Cam Elyaf Takviyeli Epoksi (GFRE) kompozitlerin mekanik özellikleri ve düşük hızlı darbe davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Kompozit plakalardan deney numuneleri hazırlanarak çekme, basma, burkulma ve düşük hız darbe deneyleri yapılmıştır. Karbon nanotüplerin ağırlık oranı %0,3 iken diğer katkı maddelerinin ağırlık oranı, epoksi reçine-sertleştirici sisteminin %2'sine kadardır. Ayrıca, bu katkı maddeleri yine aynı oranlarda birlikte kullanılarak elde edilen karışımlar da kullanılmış ve her birinin etkisi karşılaştırılmıştır. Kompozit plakalar prepreg ve sıcak presleme teknikleri kullanılarak üretilmiştir. Nanopartikül ilavesi ile kompozitlerin çekme dayanımında %27'ye, basma dayanımında %10'a ve burkulma mukavemetinde yaklaşık %5'e kadar iyileşme gözlemlenmiştir. Plakaların tamamen delinmesine kadar 10 J'den 45 J'e kadar farklı enerji seviyelerinde darbe testleri yapılmıştır. Plakaların hasar özelliklerini değerlendirmek için sonuçlar kuvvet-zaman, kuvvet-deplasman, enerji-zaman ve ortaya çıkan fiziksel hasarların gözlemlenmesi açısından yorumlanmıştır. Nanopartiküllerin eklenmesi, GFRE plakaların pik yükünü (%22,6'ya kadar) ve hasar direncini (%40'a kadar) arttırarak, yüksek darbe enerjisi seviyelerinde kompozit malzemenin hasar mekanizmalarını düzlem dışından düzlem içi yöne doğru değiştirmiştir. Sonuç olarak, kullanılan katkı maddeleri ile kompozitlerin mekanik özelliklerinin ve düşük hız darbe dayanımının önemli ölçüde iyileştiği gözlemlenmiştir.
Porselen laminate veneer restorasyonlarda farklı yaklaşımların klinik değerlendirilmesi
Çalışmada 52 adet laminate veneer dijital olarak keynote programı ile tasarlandı. 52 adet adet diş ise geleneksel olarak kompozit ile restore edilerek tasarlandı. Tasarımlardan önce hastaları fotoğrafları ve sonrasında rutin provalar yapıldıktan sonra laminalar simante edildi. Laminaların 1 aylık klinik takipleri yapıldı. Bu çalışmada, laminaların tasarımları, hasta memnuniyeti, anterior restorasyon sayısı ve anteriordan görünür kontak sayısı değerlendirildi. Çalışmamızda Student's t testi, Shapiro-wilk testi ve Mann-Whitney U testi kullanıldı. Geleneksel dijital tasarım yöntemi arasında hasta memnuniyeti açısından istatistiksel bir fark bulunmadı (p=0,386) Her iki tasarım grubu arasında restorasyon memnuniyeti arasında istatistiksel bir fark bulunmadı (p=0,893) Gruplar arasında görünen kontak sayısında anlamlı fark bulunmadı. Gruplar arasında anterior restorasyon sayısında anlamlı fark bulunmadı. Çalışmanın Önemi; Klinik bir araştırma olması, Porselen laminate veneer restorasyonlar öncesi tasarım tekniğinin final restorasyon açısından hasta memnuniyetine bir etkisinin olmaması. Geleneksel tasarım yöntemlerinin çok popüler ve yüksek maliyetli olan dijital tasarım yöntemleriyle eş değer sonuçlar vermiş olması yönüyle klinik önem arz etmektedir.
Polimer matrisli kompozitlerde sarım açısının mekanik özelliklere etkisi
Bu çalışmada, filament sarma yöntemi ile üretilen silindirik malzemelerin yanal yüklemelerle basma testleri yapılarak, esneme ve kırılma durumları incelenmiştir. Silindirik numuneler üç farklı sarım açısı kullanılarak ([±45°], [±55°], [±65°]) cam elyafı / epoksi reçineden üretilmiştir. Numunelere (ASTM D 2412 test standardına göre) paralel plakalar arasında yanal basma testleri uygulanmıştır. Testlerden elde edilen tüm veriler sarım açısının etkisini karşılaştırmak üzere grafik ve çizelgelerde gösterilmiştir. Sarım açısının artışıyla birlikte numunenin mukavemetinde artış ve esnekliğinde azalma gözlenmiştir. Deneysel sonuçlar beklendiği gibi, filament sarım açısının numunenin mekanik özelliklerine önemli ölçüde etki ettiğini göstermiştir.
Patlamalara dayanıklı hibrit kompozitlerin geliştirilmesi
Elyaf takviyeli hibrit ve hibrit olmayan kompozitler mukavemet/ağırlık oranının gerekli olduğu mühendislik uygulamalarında önemli kullanıma sahiptirler. Hibrit kompozitler, hibrit olmayan kompozit malzemelerde gerçekleştirilemeyen çekme modülü, basınç dayanımı ve darbe dayanımı gibi özelliklerin kombinasyonunu sağlar. 20. yüzyılın ortalarından itibaren hibrit kompozitler; verimi yüksek ve performansı arttırılmış yapısal malzemeler olarak kabul görmüş ve kullanım alanları hızla artmaktadır. Yapılan bu çalışmada, hibrit ve hibrit olmayan kompozitlerin mekanik, tokluk ve düşük hızda ağırlık düşürmedeki özellikleri incelenmiştir. Deneysel çalışmada, kompozit üretiminde karbon fiber, bazalt fiber, cam fiber ve 50 mesh boyutuna sahip 304 tipi paslanmaz çelik dokuma kullanılmıştır. Matris malzemesi olarak da sertleştiricisiyle beraber epoxy reçine seti seçilmiştir. Üretim sürecinde tüm hibrit ve hibrit olmayan kompozitler 10 katman fiber kullanılarak üretilmiştir. İlgili testler için 4 farklı hibrit olmayan, 4 farklı üçlü kombinasyon ve 4 farklı dörtlü kombinasyon olmak üzere toplamda 12 farklı kompozit malzeme üretilmiştir. Yapılan testler sonucunda hibrit ve hibrit olmayan malzemelerin mekanik dayanımları büyükten küçüğe doğru karbon fiber, bazalt fiber, cam fiber ve çelik dokuma şeklindedir. Hibrit kompozitlerin tokluk ve düşük hızda ağırlık düşürme testinde çelik dokumanın önemli bir rol oynadığı görülmüştür.
Comparison of mechanical properties of graphene added fiber reinforced polymer composites produced by conventional direct mixing and spray method
Glass fiber materials are one of the fibers preferred in composite production. One of the most important disadvantages of such composites is that glass fiber cannot establish a strong bond with epoxy resin and the toughness of the materials produced is low. For this reason, nanoparticles are used to improve the strength of the material in the z-axis direction and the bond between fiber and epoxy. In this study, it was studied to improve the fiber-matrix interface behavior of composites and to increase composite toughness by adding 0.5% graphene to the material. Within the scope of the study, samples were produced by direct mixing method and spray method. Triton X-100 surfactant was used to ensure homogenous dispersion. Three Point Bending Test, Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Scanning Electron Microscopy (SEM) Analysis were performed to examine the mechanical and thermal properties of the produced samples. When the test results were analyzed, it was seen that the highest flexural strength of the materials was 432.29 MPa and the flexural modulus was 14.96 GPa in the Spray Method. Thus, with the addition of 0.5% graphene, the flexural strength of the material increased by 15.25% in the Spray Method compared to the reference sample. On the other hand, according to the DMA analysis results, it was observed that the reference sample had the highest Tg value and Storage Modulus. The highest Tg value was determined as 114.6°C. The sample produced by spray method has the highest loss modulus and the highest dumping factor. These results are directly related to the crosslink density value of the material. When the images obtained by SEM analysis were analyzed, agglomerated graphene nanoparticles were observed in the structure of the material produced by direct mixing method. It was observed that homogenous distribution was achieved in the materials produced using the spray method compared to the direct mixing method.
Compressibility and air permeability of weft knitted rib fabrics from glass yarn
Expandable, intermeshed, three dimensional, porous weft-knitted fabrics manufactured on double-bed knitting machines have numerous technical application areas (comfortable protective clothing, chemical and flame resistant filter media, and impact resistant polymer matrix reinforced composite reinforcement); as they are knitted from high performance fibers such as glass, carbon and aramid. The performances of these fabrics in technical application areas depend on the fabric porosity (or fiber volume fraction) that is primarily dictated by the knit pattern (pattern), and quantified by permeability of the fabric to air. In this study, weft knitted fabrics with 1x1, 2x2, English, and fisherman rib patterns from 3-ply E-glass yarn with a nominal single-end yarn count of 136 Tex were manufactured. A manual, flat, double-bed weft knitting machine with a fineness of 5E was used to knit the fabrics. Thickness (compression, and relaxation), areal density, course-density, wale-density, loop length, and air permeability of the fabrics were measured. The effects of knitting pattern on the physical properties of the fabric with air permeability and compressibility have been studied.
Nanopartikül takviyeli tabakalı kompozit malzemelerin mekanik, termal ve elektriksel özelliklerinin araştırılması
Bu yüksek lisans tezinde, epoksi esaslı matris sistemine farklı oranlarda ve boyutlarda hegzagonal bor nitrür (h-BN) nanoparçacıkları ilave edilerek üretilen E-cam elyaf takviyeli tabakalı kompozit malzemelerin mekanik, termal ve elektriksel özellikleri araştırılmıştır. Kompozit üretiminde el yatırma ve vakum torbalama yöntemi kullanılmış, katkı oranları % 0.2 ve % 0.4 olarak belirlenmiştir. Bor nitrür partikül boyutları ise 65–75 nm ve 790 nm olarak iki farklı düzeyde incelenmiştir. Hazırlanan kompozitler üzerinde ASTM standartlarına uygun olarak çekme, kayma, darbe, sertlik, elektriksel iletkenlik ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, kayma testi sonrası numuneler SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ile mikro yapı düzeyinde incelenmiştir. Elde edilen veriler, katkı maddesi içermeyen numuneler ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar, uygun oranlarda eklenen BN nanoparçacıklarının kompozit malzemenin çekme dayanımı, kayma direnci, sertlik değeri ve ısı dayanımı gibi özelliklerinde iyileşmeler sağladığını göstermiştir. Özellikle 65–75 nm boyutundaki %0.2 BN katkısı, mekanik ve termal performans açısından en dengeli sonucu vermiştir. Elektriksel iletkenlik açısından ise BN katkısının yalıtkan karakteri korunmuş, iletkenlikte kayda değer bir artış gözlenmemiştir. Bu çalışma, BN katkılı tabakalı kompozitlerin ileri mühendislik uygulamalarındaki potansiyelini göstermektedir.
GFRP donatılı betonarme kirişlerin eğilme, kesme ve aderans davranışı
Geleneksel betonarme elemanlarda kullanılan çelik donatı agresif çevresel etkiler nedeniyle korozyona maruz kalır. Donatı korozyonu adı verilen bu olay betonarme elemanın kalıcılığı ve taşıma gücünü azaltır. Öte yandan, betonarme yapılarda çelik donatı manyetik alanlarda tercih edilmez. Bu nedenlerle, son yıllarda özellikle betonarme altyapılarda manyetik alanı etkilemeyen ve korozyona uğramayan FRP (Fiber Reinforced Polymer) donatı çubuğu kullanımı son yıllarda giderek artmaktadır. FRP donatı çubukları çoğunlukla aramit, bazalt, cam ve karbon lif takviyesiyle üretilmekte olup bunlar arasından inşaat sektöründe en çok tercih edileni GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) donatı çubuğudur. Bu tez çalışmasında, GFRP donatılı betonarme kirişlerin eğilme, kesme ve aderans davranışının araştırılması amaçlanmıştır. Eğilme davranışı yönünden yapılan incelemede; enine ve boyuna GFRP donatılı betonarme kirişlerin geleneksel çelik donatılı kirişlerden farklılıklarının araştırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, sadece çelik donatılı 25 adet betonarme kiriş ve sadece GFRP donatılı 40 adet betonarme kirişin sonlu eleman modelleri oluşturulmuştur. Bu amaç doğrultusunda, çelik ve GFRP donatılı numuneler maksimum yük kapasitesi, yerdeğiştirme kapasitesi, birim şekil değiştirme enerjisi, çatlak desenleri ve çatlak genişliği üzerinden karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Şekil değiştirme enerjilerinden yola çıkarak ACI440.1R-06' da önerilen minimum donatı oranına bir revizyon önerisi ve GFRP donatılı betonarme kirişlerin tasarımında kullanılacak bir GFRP donatı çubuğu birim şekil değiştirme azaltma faktörü önerisinde bulunulmuştur. Ayrıca, literatürde GFRP donatılı betonarme kirişlerin etkin atalet moment momenti hesabı için önerilen bağıntılardaki düzeltme katsayılar için revizyon önerisinde bulunulmuştur. Kesme davranışı yönünden yapılan incelemede; enine ve boyuna GFRP donatı kullanılarak üretilmiş betonarme kirişlerin yapısal davranışı incelenerek, TS500' den revize edilmiş enine FRP donatılı betonarme kirişlerin kesme tasarımı için bir tahmin modeli önerilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, enine GFRP donatılı 27 betonarme kirişin sonlu eleman modeli ve enine donatısız 9 betonarme kirişin sonlu eleman modeli oluşturulmuş ve analiz edilmiştir. Bu analizlerden yola çıkarak enine FRP donatılı betonarme kirişlerin tasarımı için TS500' den revize edilmiş bir tahmin modeli önerilmiştir. Önerilen tahmin modeli literatürde bulunan 105 adet deney verisi ve 13 adet tahmin modeli ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Önerilen tahmin modelinden elde edilen sonuçların litereatürdeki 13 adet tahmin modeline göre istatistiksel olarak deney verileriyle daha tutarlı olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, değiştirilmiş DPC (Demerit Points Classification) modeline göre önerilen tahmin modeli 13 adet tahmin modeli arasında oldukça iyi performans göstermektedir. FRP donatı çubuklarının yüzey şekli; sargılı, nervürlü, kum kaplanmış, oluklu, örgülü gibi çeşitli şekillerde olabilmektedir. Bu tezde, yüzeyi kum kaplı GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) donatı çubuğunun kiriş testi yöntemiyle aderans davranışı incelenmiştir. Bu kapsamda; değişken parametre olarak beton dayanımı ve gömülme boyu seçilerek 34 adet kiriş deney numunesi test edilmiştir. Testler sonucunda yüzeyi kum kaplı GFRP donatı çubuklu betonarme deney numunelerinde yük-yerdeğiştirme ilişkileri, donatı çubuğunun betondan sıyrılma durumları incelenerek, aderans gerilmesi iki farklı yaklaşımla belirlenmiştir. İlaveten, numunelerdeki çatlak gelişimi ve diyagonal çatlak açısının karşılaştırmalı olarak incelemesi, göçme modları, deneyden elde edilen aderans gerilmesi-donatı sıyrılması ilişkisinin farklı analitik modellerle karşılaştırmalı incelemesi yapılmıştır. Buradan yola çıkarak, yüzeyi kum kaplı GFRP donatılı betonarme kirişlerde sayısal modellerin oluşturulmasında kullanılmak üzere CMR' yi ve mBPE' nin azalan kısmını dikkate alan aderans gerilmesi-donatı sıyrılması modeli önerilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlara dayanılarak dış yüzeyi kum kaplı GFRP donatılı betonarme elemanın aderans dayanım tahmin modeli önerilmiştir. Ayrıca, kenetlenme boyu için de önerilerde bulunulmuştur.
Yüksek performanslı titanyum karbür (Ti3C2TX-MXENE) nanomalzeme takviyeli hibrit kompozitlerin geliştirilmesi
Teknolojinin hızla gelişmesi ve modern yaşam koşullarının etkisiyle günlük hayatımızda elektronik cihazların sayısı giderek artmaktadır. Bu cihazlar, yaşamımızı kolaylaştıran pek çok yenilik sunarken çevreye yaydıkları elektromanyetik dalgalar (EM) hem insan sağlığına hem de cihazların çalışma performansına ciddi zararlar verebilmektedir. Bu etkilerden korunabilmek amacıyla elektromanyetik kalkanlama etkinliğine sahip malzemelerin üretimi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Yüksek elektrik iletkenliğinden dolayı metaller en yüksek EM kalkanlama sağlayan malzemeler olmalarına rağmen ağır olmaları, korozyon dirençlerinin düşük olması ve yüksek maliyetleri sebebiyle alternatif malzeme arayışları devam etmektedir. Bu çalışmada, geniş yüzey alanı, yüksek mekanik dayanım ve elektriksel iletkenlik gibi üstün özelliklere sahip MXene ailesinden Ti3C2Tx-MXene, MILD yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Daha sonra, bu malzeme cam ve karbon elyaflarla farklı yöntemlerle birleştirilerek tabakalı hibrit kompozitler üretilmiştir. MXenenin kompozitlere EM kalkanlama etkinliği kazandırması ve elyaf-matris arasındaki arayüzeyi geliştirerek mekanik özellikleri artırması amaçlanmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, farklı konsantrasyonlarda MXene çözeltisi (%0,2, %0,4 ve %0,8) sprey kaplama yöntemi ile karbon kumaş yüzeylere kaplanmış ve ardından vakum infüzyon yöntemi ile tabakalı kompozitler üretilmiştir. %0,4 MXene takviyeli kompozit referans numuneden sırasıyla %12,71, %13,12 ve %25,95 daha fazla eğilme, çekme ve tabakalar arası kayma dayanımı (ILSS) göstermiştir. Asit muameleli karbon fiber-epoksi ve MXene arasındaki güçlü hidrojen bağları ve MXenenin mekanik kenetlenmeyi artırması bu artışa sebep olmuştur. X bant aralığında referans numune -31,13 dB toplam kalkanlama etkinliği (SET) gösterirken %0,8 MXene içeren kompozit numune -32,63 dB etkinlik göstermiştir. MXene miktarındaki artışın kompozitlerin SET değerleri üzerinde belirgin bir fark yaratmadığı sonucuna varılmıştır. Diğer kısımda, 5 mg/ml ve 10 mg/ml MXene çözeltilerine 5 ve 10 tekrarlı daldırma-kurutma işlemi uygulanarak MXene kaplı karbon kumaşlar üretilmiş ve ardından bu kumaşlarla farklı konfigürasyonlara sahip tabakalı kompozitler üretilmiştir. 10 mg/ml konsantrasyon ve 10 tekrarlı kaplama yapılarak elde edilen kumaşlardan üretilen kompozit numune en yüksek (-34,92) SET değerini göstermiştir. Bu değer referans numuneden %6,57 daha fazladır. Aynı konsantrasyon (10 mg/ml) ve kaplama tekrarı (5 ve 10) kullanılarak cam elyaf kumaş ile vakum infüzyon yöntemi ile tabakalı kompozitler üretilmiştir. Kaplama tekrar sayısının artması ile cam kumaş yüzeyinde daha fazla MXene biriktirilmiş ve bu da kompozitlerin EM kalkanlama etkinliğini olumlu yönde geliştirmiştir. MXene kaplı cam elyaf kumaşlarla üretilen 1,70 mm kalınlığındaki kompozitlerle X bant aralığında -23,21 dB SET değerine ulaşılmış ve bu değer MXene katkısız cam elyaf kompozitten %205,8 daha fazladır. Çalışmanın son bölümünde ise epoksi matris elemanı, MXene ve bağlama ajanı (APTES) ile fonksiyonelleştirilmiş MXene (FM) ile modifiye edilmiş ve ardından yatırması ve ardından vakum torbalama yöntemleri kullanılarak cam elyaf takviyeli hibrit kompozitler üretilmiştir. Fonksiyonelleştirme sayesinde FM'lerin epoksi içinde daha homojen dağıldığı gözlenmiştir. Epoksiye %0,25 FM takviyesi ile kontrol numunesinin eğilme, çekme ve ILSS dayanımları sırasıyla %27,55, %19,21 ve %12,40 artmıştır. MXene takviyesinin kompozitlerin yanmazlık özelliğini de geliştirdiği gözlenmiş ve %0,5 FM takviyeli kompozit numune referans numuneden %25,50 daha az yanma hızı göstermiştir. Ayrıca kompozitlerin mekanik test sonrasında kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve kırık yüzeylerde genel olarak fiber kırılması, fiber sıyrılması, tabaka ayrılması, matris çatlağı, burkulma hasarları gözlenmiştir.
Otomotiv sektörüne yönelik biyoesaslı kalsiyum karbonat ve alüminyum trihidrat ile güçlendirilmiş cam elyaf/polyester kompozitlerin geliştirilmesi
Günümüzde doğal atıkların yüksek katma değerli malzemelere dönüştürülmesi, sürdürülebilir malzeme geliştirme yaklaşımlarında önemli bir yer tutmaktadır. Bu bağlamda, kalsiyum karbonat açısından zengin olan yumurta kabuğu atıkları, polimer esaslı kompozitlerin çevre dostu ve maliyet etkin şekilde güçlendirilmesi amacıyla umut vadeden bir biyodolgu alternatifi olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada, atık yumurta kabuğu ve alüminyum trihidrat (ATH) ile güçlendirilmiş cam elyaf takviyeli polyester kompozitler el yatırması yöntemi ile üretilerek katkıların kompozit performansına etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, toplam reçine ağırlığının %10'u olacak şekilde yalnızca yumurta kabuğu ve yalnızca ATH içeren kompozitlerin yanı sıra, yumurta kabuğu:ATH oranı 5:5, 2,5:7,5 ve 7,5:2,5 olan hibrit kompozitler hazırlanmıştır. Laminasyon sürecinde keçe ve bezayağı dokuma cam elyaf (300 gr/m²) takviyeleri sırasıyla toplamda 7 tabakadan oluşan kompozit eldesi için kullanılmıştır. Kompozitlerin yapısal özellikleri Fourier dönüşümlü kızılötesi (FT-IR) spektrofotometresi ve morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak belirlenmiştir. Kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi için çekme testi, üç nokta eğme testi ve darbe testleri yapılmıştır. Kompozitlere UL94 yatay yanmazlık testi uygulanmıştır. Sonuç olarak cam elyaf takviyeli polyester esaslı kompozite yalnızca yumurta kabuğu ilavesi ile eğme modülünde, çekme ve darbe dayanımında artış meydana gelmiştir. Yumurta kabuğu ve ATH'nın bir arada kullanımı ile kompozitlerin çekme mukavemetinde az bir miktarda artış meydana gelirken kopma uzaması değerlerinde yaklaşık %45'lik bir azalma tespit edilmiştir. Yanma özellikleri incelendiğinde katkı ilavesi ile kompozitlerin yanma süreleri uzamıştır. Tüm kompozitler yavaş yanan (HB) malzeme olarak sınıflandırılmıştır.