Polymer composites
148 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
3d yazıcı ile üretilen kafes çekirdek yapılarda nanosilika katkılı cam kompozit sandviçlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Kompozit malzemeler, hafiflik, yüksek dayanım ve tasarım esnekliği gibi avantajları sayesinde mühendislik alanlarında yaygın kullanım alanı bulmaktadır. Özellikle üç boyutlu yazıcı teknolojileri ile karmaşık iç yapılara sahip hafif ve dayanıklı yapılar üretmek mümkün hâle gelmiştir. Petek yapılar, bu kapsamda mekanik performansı artırmak için sıkça tercih edilmektedir. Ayrıca nano boyuttaki katkı malzemeleri, polimer matrislerin özelliklerini iyileştirmede önemli rol oynamaktadır. Bu tez çalışmasında, piramit formlu petek yapıya sahip iki PLA plakanın, nanosilika katkılı epoksi ve cam elyaf ile takviye edilerek kompozit bir yapı hâline getirilmesi amaçlanmıştır. Üç boyutlu yazıcı ile üretilen PLA plakalar, nanosilika ile güçlendirilmiş epoksi reçineye batırılan cam elyaf takviyesiyle el yatırma yöntemi kullanılarak kaplanmıştır. Alt ve üst plaka birleştirilmiş ve dış yüzey tamamen kompozit katman ile sarılmıştır. Bu yapı üzerinde basma ve eğilme gibi mekanik testler gerçekleştirilmiş, piramit geometrisinin ve nano katkının mekanik özellikler üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, bu tür hibrit yapıların mühendislik uygulamaları için önemli avantajlar sunduğunu göstermektedir.
Fiber takviyeli kompozitlerin darbe sonrası dinamik mekanik performanslarının belirlenmesi: Hidrotermal yaşlanma ve nano-takviye morfolojisinin etkisi
Fiber takviyeli kompozit malzemeler sahip oldukları yüksek mukavemet/ağırlık oranları, korozyon ve yorulma direnci gibi üstün özellikleri sayesinde uçak yapısal bileşenlerinde tercih edilirliğini hızla arttırmaktadır. Yapısal parçaların uçuş döngüsü boyunca maruz kaldıkları zorlu ısıl koşullar ve dinamik yüklemeler, kompozitlerin dinamik mekanik özelliklerinin değişen termal koşullar altında araştırılması gerekliliğini ortaya koymaktadır. Bu tez çalışmasında farklı morfolojilere sahip (0, 1D, 2D) seramik türevli nano partiküllerle modifiye edilen bazalt fiber takviyeli epoksi nanokompozit malzemelerin değişen termal koşullar altındaki dinamik mekanik performansı deneysel olarak sistematik biçimde incelenmiştir. Silika (SiO2), halloysit (HNT) ve nanokil (NC) ile modifiye edilen bazalt fiber takviyeli epoksi nanokompozitler (-50 °C)‒(+200 °C) sıcaklık aralığında yaşlandırılmış ve darbe sonrası dinamik mekanik performansları belirlenmiştir. Bu çalışma ile literatüre ilk defa farklı morfolojilerde nano partiküller ile takviye edilmiş fiber takviyeli polimer kompozitlerin darbe sonrası dinamik mekanik analiz araştırma sonuçları sunulmuştur.
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 polietilen glikol (PEG-300) konsantrasyonlarına sahip nötron zırhı malzemelerin üretimi ve nötron soğurma özelliklerinin incelenmesi
İyonlaştırıcı radyasyonun çevre ve insan yaşamı için zararlı etkileri olduğu bilinmektedir. İyonlaştırıcı radyasyonun bu zararlı etkilerinden korunmak için radyasyon zırhı malzemeler en iyi seçim olabilir ve radyasyon zırhı malzemelerin kullanım amacı gelen radyasyon şiddetinin daha güvenilir seviyeye ulaştırılmasıdır. Ağır beton, çelik ve alüminyum nükleer teknolojide kullanılan zırh malzemeleridir ve zamanla oluşan mikro-çatlaklar, korozyon ve düşük termal dayanım gibi bazı dezavantajlara sahiptir. Özellikle, yaygın olarak kullanılan zırh malzemeleri yüksek maliyet ve toksik etkilerinden dolayı uygun değildir. Son yıllarda, nötron soğurucu malzeme olarak yeni nesil polimer kompozit malzemeler üstün mekanik ve termal özelliklerinden dolayı dikkat çekmektedir. Bu çalışmada ilk olarak nötron etkileşimlerinin karmaşıklığından dolayı, farklı PEG-300 konsantrasyonlarına sahip poliüretan köpüklerin nötron soğurma özellikleri incelenmiştir.
Structural health monitoring of frp composites using fbg sensors
Use of composite materials have become prevalent in aerospace, marine, energy and automotive industries. The well known advantages of composites make them very attractive for complex load bearing structures. However, there is still a long way to fully exchange metallic materials with composites; because unknown factors like long term fatigue behavior necessitates relatively higher safety factors that should be applied for composite structures during the design phase. This study was performed to develop structural health monitoring (SHM) methods using Fiber Bragg Grating (FBG) sensors, which may reduce safety-oriented design perspective by providing continuous information about the integrity of structure during the service. An FBG sensor behaves like an optical filter that reflects a specific wavelength of light back to the light source. The reflected light's peak wavelength is dependent on the distance between gratings. Once the distance between gratings change due to a mechanical load, peak wavelength of reflected light shifts. This property of FBG sensors make them perfect for strain measurement. Advantages such as small diameter, immunity to electromagnetic fields, multiplexed usage opportunity and embeddable nature of FBG sensors make them unique for the use of SHM applications. Embedding FBG sensors into composite materials is not a straight-forward task, since it is a delicate process especially for manufacturing technique like Resin Transfer Molding (RTM) method which utilizes a closed mold. Specimens manufactured by RTM method should be designed in such a way that the fiber optical cable must be taken out from the end of the specimen in one piece and should be protected during the entire manufacturing process. In the beginning of this study, testing the specimens that contain embedded FBGs were performed by special apparatus because of the method that was used to take the fiber optics out of the specimen. Studies showed that additional apparatus was complicating the experimental procedure and most of the time caused immature failure of the specimens during fatigue tests. To overcome this, initial research was focused on developing an effective method for taking the optical sensor out of the specimen that makes both manufacturing and testing more feasible. In this context, L shaped geometry was developed for specimens that contain FBG sensors which resolved all complications related to testing of FBG embedded specimens by eliminating apparatus use. Embedded FBG sensors are ideally suited for continuous monitoring of composites under cyclic loading conditions, which can be very useful for SHM applications. Remaining useful life (RUL) of composite structures under fatigue loading, which have been investigated by many researchers in literature, was utilized in this thesis study for FBG embedded composites by calculating released strain energy at each load cycle by using FBG sensor data. Initially fatigue constants of GFRP material derived experimentally by testing sensorless specimens and calculating strain energy release rate (SERR) in a wide variety of strain ratios. Following to that FBG embedded GFRP specimens were manufactured and tested under high cycle fatigue conditions. Research results showed that FBG sensors are very effective to obtain strain from the interior of structure during fatigue experiments. It has been seen that shorter sensor lengths are more reliable in terms of signal quality as an embedded sensor since long FBGs are prone to peak splitting due to the variable strain fields within the composites. Sinusoidal strain behavior for each load cycles were clearly obtained using embedded FBGs at 4Hz of cyclic loading. Predicting the remaining life under some assumptions was successfully performed by analyzing the FBG data. As an interesting outcome, it was revealed that the local behavior of composites monitored by embedded FBG sensors differs from the global observations made by external sensors. It should be noted that FBG sensors stayed intact until the fracture of specimens, which proves the method's usability for actual applications. Two FBG sensors on the same optical fiber were used as a multiplexed sensor and embedded into specimens to utilize a biaxial sensor configuration. This method was enabled to collect strain data both in axial (i.e. loading) and transverse directions using embedded FBG sensors under cyclic loading conditions. By analyzing the fatigue strain data of both FBGs, Poisson's ratio of GFRP specimens was utilized at each load cycle. Poisson's ratio degradation trend of tested specimens was revealed using embedded FBG data during fatigue loading. It has been seen that Poisson's ratio of composite materials can be simultaneously monitored using embedded FBGs during the entire life of the structure, which contains critical data about the current state of the structure in terms of integrity. Both extensometer and displacement controlled test types were used during the experiments. It has been revealed that the local strain trends of composites observed by FBG sensors was different than the global behavior throughout the gage length obtained by extensometer and LVDT in a similar manner with previous study. Strain-gage sensors were also used during the experiments and it has been seen that these sensors are not as durable as FBG sensors especially for cyclic loading conditions. More than 3.5 millions of load cycles were performed in a low strain fatigue experiment and both FBG sensors were working flawlessly when the test was ended intentionally without any visible damage in the specimen. Temperature effect on FRP composites and embedded FBG sensors was also studied within the scope of this thesis study. FRP composites manufactured by RTM and hand layup with Vacuum Curing&Debulking Table (VCDT) methods were mechanically compared under cold, room and elevated temperature conditions. Products of RTM method were performed better for all temperature conditions. It has been seen that cold temperature (i.e. -40C) was increased while elevated temperature (i.e. 70C) was deceresed the ultimate strength of the composite materials compared to room temperature conditions. Overall, the mechanical behavior of both specimen types did not heavily differentiate especially considering the fiber volume fraction difference. Surface quality of the specimens was totally different for both techniques. Hand layup specimens manufactured using VCDT were containing many bubbles and the surfaces of them were heavily porous while RTM products' surfaces were perfectly smooth without any porosity and visible bubbles. Results revealed that wet hand layup technique was not suitable for embedding FBGs since the sensors are very sensitive to discontinuities within the hosting material. Moreover, porous nature of wet hand lay up products were not appropriate for fatigue testing since it would reduce the fatigue life substantially. Therefore, it was decided to investigate elevated temperature behavior of FBG embedded specimens manufactured by RTM method under fatigue loading. Experiment was performed at 50C with a 0.27 peak strain ratio. Specimen was tested more than 2 million cycles under these conditions and both specimen and FBG sensor were stayed intact without any failure. The data of FBG sensor was analyzed for SERR calculations and no any adverse effect of elevated temperature was noticed on FBG data. FRP composites containing open holes were also investigated from the SHM point of view. GFRP specimens were manufactured that contains central hole notch with a 4mm of diameter. Static experiments were performed on specimens without sensors in the beginning to understand the mechanical behavior. Following to that, three specimens manufactured with biaxially embedded FBG sensors. Axial and lateral sensors were located at 4mm, 7mm and 10mm away from the center of the holes of each specimen. Opening the holes using CNC for all specimens were monitored by the embedded FBGs. Release of the residual strains resulted by impregnation was observed within the analyzed data during the drilling process. Specimen that contains FBGs at 7mm from the hole center was tested statically. Both sensors were collected strain data around the hole notch as expected till failure of the composite. Other two specimens that contains biaxially located FBG sensors were fatigue tested. Experiments revealed that the sensors at 2mm distance from the hole edge (i.e. 4mm from the center) were able to survive only about 28-40 \% of total fatigue life due to the progressive damage caused by cyclic loading. Other specimen's FBG sensors, which were located at 8mm distance from the hole edge (i.e. 10mm from center),were survived during the entire fatigue life of the specimen (i.e. around 50000 cycles). Analyzed FBG data was indicated that a very unstable strain behavior exists around the hole during the experiment. It can be stated that monitoring damage dependent strain field around an open hole was the most challenging environment for embedded FBG sensors since they were directly exposed to the growing cracks in the vicinity of the hole edges. Nevertheless, embedded sensors were able to perform their monitoring function under cyclic loading condition at a designated distance from the hole edges. FBG sensor behavior in open hole composites was also studied using FEM analysis. Unidirectional carbon/epoxy composite specimens were considered as host material about 1mm thick, which were used for fatigue monitoring with FBG sensors and performed very well. After performing experiments for obtaining material constants, three FEM models were run to simulate behavior of FBG sensors embedded into open hole specimens under tensile loading. Results showed that a significant amount of axial strain (i.e approx. 900 microstrain) variation may develop along an FBG sensor which is located near the hole and aligned with center point of specimen in longitudinal direction. The revealed uneven strain field in the vicinity of an open hole is already a challenging environment for an FBG sensor even ignoring the growing damage in its surroundings under cyclic loads. These results clarify complicated behavior of FBG sensors that were embedded into open-hole specimens and tested under fatigue loading in previous studies. Overall, different techniques were investigated that effectively utilize FBG sensors in this study for static and fatigue monitoring of FRP composites. It can be stated that the used methods of monitoring FRP composites with embedded FBG sensors have created a strong basis for future SHM systems.
Production of carbon nanotube reinforced nanoprepregs and their characterization
Epoxy based thermoset prepregs has been dominated materials market particularly in the automotive and aerospace applications. However, thermoplastic polymers recently have drawn attention with their potential to overcome challenges such as long cure cycles, poor fracture toughness, low viscosities, limited shelf lives and non-recyclability of thermosets. Thermoplastic resins have offered several advantages including recyclability, high impact resistance, and high thermal stability. Reinforcement strategies in laminated composites included both matrix and interface toughening. For matrix toughening, dispersion of additives into the matrix has been the most preferred method. One of the disadvantages of this method is stemming from non-proper dispersion of nanomaterials in the matrix. Moreover, the increase in polymer viscosity associated to nanomaterials reduced polymer processability. Interface toughening in laminated composites could be in the form of film, particle, and nanofibers to hinder crack propagation and improve better load transfer between each plies. With the use of interface elements in thermoplastic laminated composites, the superior properties could be enhanced and transferred to overall composites. Carbon nanotubes (CNTs) are hollow structures in which graphite layers are placed in cylinder forms. The superior properties of CNTs is dependent on CNTs physical properties, chirality, and the number of walls. In the case of interlaminar toughening CNTs could be placed through different routes such as buckypaper interleaving, CNTs grown on fibers. In most of bucky paper applications, CNTs were dissolved in an appropriate solvent. However, the use of any solvents would significantly form low-volume fraction CNTs structures, and also not are not permitted in aerospace applications. In order to overcome these challenges, new methods have been studied, which embraced the synthesis of CNTs structures on fiber substrates. By direct growth of CNTs onto fiber surface enabled the integration of high volume fraction CNTs into structure. Besides, CNTs morphology and orientation could be precisely controlled. Interfacial interaction between polymer and reinforcing element promoted the effective load transfer mechanisms benefiting either micromechanical interlocking, chemical bonding or Van der Waals bonding. The interaction between CNTs and polymer provided an increase in interfacial shear strength and contributed to the overall structure' performance under different loadings. In this thesis, a novel method to grow CNTs on polymeric nanofibrous substrates and to fabricate their thermoplastic nanoprepregs interleaved by these hierarchical nanocarpets was proposed. The growth of CNTs on polybenzimidazole (PBI) nanofibers were exploited to create conductive, strong and light weight interleaves. Nanofibers produced by electrospinning were optimized and catalysed with iron nitrate solutions containing transition metals providing carbon diffusion and solubility. As coating method to dope catalyst, immersion and dip-coating techniques were preferred. These different coating methods were assessed based on their ability to distribute transition metals onto nanofiber. The chemical vapour deposition (CVD) for the growth of CNTs was preferred due to its advantages such as; CNTs orientation control and high quality of CNTs. With the use of ethylene, helium and hydrogen gases, CNTs growth protocol was optimized. The orientation control of CNTs could be enhanced by aligned nanofibers as substrates. PBI/CNTs nanocarpets were then used as interleaves for the production of thermoplastic nanoprepregs. Thermoplastic nanoprepregs were prepared and characterized as potential interlayer element in laminated composites. The morphology, thermal stability and overall quality of CNTs were determined by SEM, TGA and Raman spectroscopy respectively. From morphological analysis, revealed that randomly oriented PBI nanofibers could not enable vertically aligned CNTs growth due to homogenously accumulated Fe+3 ions over nanofiber surface. Ig/Id ratio interpreted from Raman analysis was determined as 1 which referred as successful production of high quality CNTs grown onto nanofiber. The electrical conductivity of PBI/CNTs nanocarpets was calculated by 4 point probe conductivity instrument. Conductivity values of randomly oriented and aligned PBI/CNTs nanocarpets were 1.56±0.6 S/cm and 1.2±0.5 S/cm, respectively. The difference in the conductivity could be attributed to the reduced contact resistance between carbon nanotubes and well intersected CNTs network. The tensile performance of PBI/CNTs/PES nanoprepregs showed that tensile strength of PBI/CNTs/PES nanoprepregs was 412±13 MPa, where PBI/PES nanoprepregs had a tensile strength of 348±5 MPa. With the addition of CNTs onto nanofiber, tensile strength of nanoprepregs was enhanced by 18%. The reason behind this increase was mechanical interlocking and good load transfer between CNTs and PES resin.
Fabrication of amino acid functionalized CNT/polyamide thin film nanocomposite desalination membranes
Water sustainability has become a worldwide concern due to limited natural resources and population growth. Considering that saline water constitutes nearly 97% of the total resources, water demand of agricultural, industrial and energy sectors leads a growing interest in desalination of seawater and brackish water. Reverse osmosis (RO) which constitutes approximately 65% of the worldwide desalination capacity has emerged as the leading technology for potable water production. Polyamide based thin film composite (TFC) membranes are extensively used in RO due to their superior separation performance; however, there are still important limitations such as permeability-selectivity trade-off, rejection of small and neutral species and susceptibility to fouling. Thin film nanocomposite (TFN) membranes has become a widely used approach to overcome limitations of conventional TFC membranes. These mixed matrix membranes are prepared by incorporation of various nanomaterials into the thin selective layer. Carbon nanotubes (CNTs) stand out as a potential TFN material due to their unique water transport properties. Experimental and computational studies suggest that functionalization of CNT tips may improve ion rejection as well. In this study, effect of amino acid functionalized carbon nanotubes on the structure, morphology and separation performance of TFN membranes was investigated. Inspried by structure of biological aquaporin channels, asparagine (Asn) amino acid was used as functional group in order to improve water permeability and salt rejection. The second amino acid, 8-aminocaprylic acid (ACA) was used due to its bulky structure in order to create steric hindrance for ions by narrowing the entrance of CNTs. Amino acid functionalization of carboxylated CNTs (COOH-CNTs) having average inner diameter of 1 nm was carried out via carbodiimide mediated reaction and confirmed by TGA, XPS and Raman spectrometry analyses. TFN membranes were prepared in two steps: First, functional CNTs dispersed in water by means of surfactant and centrifugated to remove large CNT bundles and impurities. Then CNT dispersion was vacuum-filtrated through the pores of support layer in order to provide partial aligment. Second, selective polyamide layer was synthesized via interfacial polymerization between MPD and TMC monomers. TFC membranes were also synthesized under identical conditions for comparison. Resulting TFC and TFN membranes were characterized by FTIR, XPS, SEM, AFM, polarized Raman spectrometry, water contact angle measurements and performance tests. TFN membranes were prepared with COOH-CNT loadings of 2.4, 1.2, 0.6 and 0.3x1013 CNTs/cm^2 in order to determine optimum CNT loading. XPS, SEM, AFM and polarized Raman analyses showed that concentration of CNT significantly affects dispersion and alignment of CNTs inside the polymeric matrix as well as homogeneity, thickness and crosslinking ratio of polyamide layer. In addition, COOH-CNT incorporation decreased hydrophilicity of surface indicated by high water contact angles for all loadings and surface roughness slightly increased as well. Based on salt rejection and water flux as well as structural and morphological properties, optimum CNT loading was determined as 0.6x10^13 CNTs/cm^2. Then, TFN membranes containing Asn-CNTs and ACA-CNTs were prepared at this loading and compared with TFC and TFN membranes contaning COOH-CNTs. Asn amino acid was thought to increase compatibility of CNTs with polyamide, leading formation of a thin, homogeneous polyamide layer having a similar surface with TFC. Asn also significantly increased surface hydrophicility compared to COOH due to its high hydrogen bonding capacity. Use of asparagine as functional group improved average water flux from 21.1 to 26.5 LMH and average salt rejection from 97.8% to 98.3% compared to TFC membranes. On the other hand, ACA amino acid resulted in a morphologically different polyamide layer, possibly having pin-hole defects and reduced crosslinking ratio. Bulk structure of the molecule did not provide expected steric hindrance and caused a slight decrease in both water flux and salt rejection.
Biyokompozit üretiminde bitkisel tabaklanmış deri atıklarının kullanım potansiyelinin araştırılması
Polimer matrisli kompozitler sahip oldukları hafiflik, kolay işlenebilme ve iyi korozyon direnci gibi avantajları sebebiyle birçok endüstriyel uygulamada tercih edilmektedir ve birçok polimer esaslı malzemenin üretiminde yaygın olarak petrol ve doğalgaz gibi fosil kaynaklardan sentezlenen "geleneksel" petrokimyasal polimerler kullanılmaktadır. Ne var ki bu tür polimerlerin sentezlenmesi ve oldukça yoğun bir biçimde kullanımı ciddi bir çevresel yüke sebep olmaktadır. Fosil kaynaklara bağımlı olan geleneksel polimerlerin kullanımı, azalan petrol rezervlerinin etkisiyle sürdürülebilirliğin sağlanması noktasında endişeleri de artırmaktadır. Endüstriyel üretimde bir diğer önemli konu, döngüsel ekonomi kapsamında atıkların bertaraf edilmesi veya depolanması yerine ikincil hammaddeler olarak yeniden kullanılması ve katma değer sağlanmasıdır. Bu amaçlar doğrultusunda tez çalışması kapsamında sürdürülebilir ve çevre dostu yeni bir biyokompozitin üretimi araştırılmıştır. Biyokompozitlerin takviye fazında bitkisel tabaklanmış deri tıraş atıkları, matris fazında ise şeker kamışı gibi yenilenebilir bir kaynaktan elde edilen yüksek yoğunluklu biyopolietilen (BiyoPE) kullanılmıştır. Literatür incelendiğinde BiyoPE'nin çeşitli takviye malzemeleri ile biyokompozit üretiminde değerlendirildiği fakat deri atığı takviyeli herhangi bir biyokompozit çalışmasının bulunmadığı görülmüştür. Bu açıdan bakıldığında tez çalışması; bir yandan endüstriyel bir atığın yeniden kullanımına diğer yandan biyopolimer kullanılarak çevre dostu yeni bir biyokompozitin üretimine odaklanmıştır. Bu çalışmada kullanılan matris ve takviye malzemeleri, herhangi bir uyumlaştırıcı veya bağlayıcı kimyasal madde ilave edilmeden, termo-kinetik karıştırıcı vasıtasıyla çeşitli oranlarda karıştırılmıştır ve ardından ısıtma üniteli hidrolik pres kullanılarak biyokompozit üretiminde değerlendirilmiştir. Üretilen biyokompozit örneklerinin mekanik, termal ve morfolojik özellikleri yapılan testler ile belirlenmiş ve literatürdeki benzer çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Biyokompozitlerin termal analizlerinden elde edilen sonuçlar, deri atığı takviyesinin saf BiyoPE'nin bozunma sıcaklığını öteleyerek termal kararlılığını artırdığını ve 200°C'lere kadar kabul edilebilir kütle kayıpları sergileyerek kompozit üretimi için elverişli olduklarını göstermiştir. Mekanik testlerden elde edilen veriler ise, kompozitlerin çekme dayanımı ve kopma uzaması değerlerinin saf polimere göre düştüğünü fakat elastisite modülünün yükseldiğini ve bazı konsantrasyonlarda darbe dayanımının arttığını göstermiştir.
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.
Giyilebilir elektronik ve sağlık izleme için polivinilidenflorür esaslı sensörlerin geliştirilmesi
Dijital dönüşüm döneminde, esnek, giyilebilir ve kendi kendine güç üreten sensör sistemlerinin akıllı elektroniklere entegrasyonu, insan-makine arayüzleri ve gerçek zamanlı biyomekanik izleme uygulamaları için öncellikli hale gelmiştir. Bu tez çalışması, mekanik enerji hasadı ve kendi kendine güç sağlayan algılama sistemlerinin geliştirilmesi amacıyla, piezoelektrik (PENG), triboelektrik (TENG) ve iyontronik kapasitif sensörler için grafen esaslı nanokompozitlerin tasarımı, sentezi, karakterizasyonu, optimizasyonu ve uygulanabilirliğini kapsamlı bir şekilde ele almaktadır. Tez çalışmasının ilk basamağında, grafen nanoşeritler (GNR), çok duvarlı karbon nanotüplerin interkalasyon yöntemiyle oksidatif olarak açılmasıyla sentezlenmiştir. Ayrıca, grafen oksitten üre kullanılarak termal tavlama işlemiyle azot katkılı grafen (NG) üretilmiş; yüksek oranda pirolik ve piridin tipi azot içeriği ile malzemenin yüzey potansiyeli ve elektronik özellikleri önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Sentezlenen nanoboyutlu yapılar karakterize edildikten sonra farklı oran ve kombinasyonlarda poliviniliden florür (PVDF), poli(viniliden florür-ko-hekzafloro propilen) (PVDF-HFP) ve kitosan matrislerine katkılanarak elektroaktif faz oranı yüksek, esnek ve dayanıklı nanokompozit filmler elde edilmiştir. Ağırlıkça %1 GNR katkılı PVDF film, yaklaşık %83 β-faz içeriğiyle 26 V açık devre voltajı ve 16,52 μW/cm2 güç yoğunluğu göstererek yüksek piezoelektrik performans sergilemiştir. PVDF-GNR film ile hazırlanan PENG'in biyomekanik enerjiyi elektrik enerjisine etkili bir şekilde dönüştürebildiği belirlenmiştir. Triboelektrik nanojeneratör sistem için, esnek termoplastik poliüretan nanofiber üzerine tribo-pozitif katman olarak kitosan/NG ve tribo-negatif katman olarak PVDF-HFP/ GNR/iyonik sıvı kompozit içeren çok katmanlı hibrit bir yapı geliştirilmiştir. Heteratom katkılı nanodolguların kullanımı yüzey pürüzlülüğünü, yük transfer verimliliğini ve triboelektrik çıktı performansını iyileştirmiş; ağ. %0,05 NG katkılı kitosan film esaslı TENG cihazı ile 112 V seviyesine ulaşan açık devre voltajı ve 6,42 μA kısa devre akımı elde edilmiştir. Cihaz yürüyüş, koşma, zıplama, parmak bükülmesi ve vuruşlarını ayırt edebilmiş, farklı solunum tiplerine özgü elektrik sinyallerini hassas bir şekilde tespit edebilmiştir. Ayrıca, PVDF-HFP/ GNR/iyonik sıvı kompozitinin piezokapasitif iyontronik sensör olarak kullanımı incelenmiştir. Geliştirilen hibrit iyontronik sensör, yüksek hassasiyet (1,64 kPa-1), hızlı tepki/geri kazanım süresi (98ms/103 ms), düşük basınç algılama yeteneği (1,29 Pa) ve yüksek mekanik dayanıklılık (1000 döngü) göstermiştir. İyontronik sensör, eklem bükülmesi, nabız, yutkunma gibi biyomekanik ve fizyolojik hareketleri gerçek zamanlı olarak yüksek doğrulukla izleyebilmiş ve elektronik deri uygulamaları için güçlü bir aday olduğunu kanıtlamıştır. Sonuç olarak, bu tez çalışması ile, nanoyapı tasarımı, yüzey mühendisliği ve heteroatom katkı yöntemleri sayesinde esnek, düşük maliyetli, yüksek performanslı enerji hasadı ve algılama cihazları geliştirilmiştir. Piezoelektrik polimer matrisler ile GNR ve N-katkılı grafen nanoboyutlu malzemelerin sinerjik etkileşimleri ile triboelektrik ve iyontronik sistem içeren, yeni nesil giyilebilir elektroniklerde kullanılabilecek dayanıklı ve yüksek verimli cihazların geliştirilmesine katkıda bulunulmuştur.
Karbon elyaf dolgulu polieterimid kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Sunulan bu çalışma, 'Karbon Elyaf Dolgulu Polieterimid (PEİ) Kompozitlerin Üretimi ve Karakterizasyonu' başlıklı Lisansüstü Tez Projesi (FYL-2019-18024) kapsamında Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir. Tez çalışmasında, yüksek termal ve mekanik özelliklere sahip, geri dönüşümü olan, uzay, havacılık ve savunma gibi endüstrilerde kullanılabilecek karbon elyaf dolgulu polieterimid (PEİ) kompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu amaçlanmıştır. PEİ reçinesi yüksek termal kararlılığı olan ve iyi mekanik özelliklere sahip termoplastik bir polimerdir. Bu nedenle, kompozit malzemelerin matris elemanı olarak PEİ reçinesi kullanılmıştır. PEİ reçinesi ile üretilen kompozit malzemelerin termal ve mekanik özelliklerine, elyaf/reçine oranının ve karbon elyaf örgü tipinin etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, tek yönlü (UD) karbon elyaf ve Twill karbon elyaf kullanılarak, ağırlıkça reçine/elyaf oranı 60/40 ve 40/60 olan dört farklı kompozit malzeme el yatırması yöntemi ile üretilmiştir. Kompozit malzemeler, PEİ reçinesi ve karbon elyaflar termal ve mekanik analizlerle karakterize edilmiştir. Termal analizler sonucunda, kompozit malzemelerin termal kararlılığının karbon elyaflardan bağımsız olduğu, sadece PEİ reçinesine bağlı olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, PEİ reçinesine termal yaşlanma çalışması yapılmıştır ve reçinenin 25°C'de izotermal koşullar altında 10 yılda hiç kütle kaybetmediği, 100°C izotermal sıcaklıkta ise 10 yıl sonra %2,965x10-8 kütle kaybettiği belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, PEİ reçinesi ve onunla üretilen kompozit malzemelerin termal servis ömrünün çok yüksek olduğunu göstermiştir. Termal analizler ile ayrıca, PEİ reçinesinin ve üretilen kompozit malzemelerin 500°C'ye kadar yapılarının bozulmadığı ve 200°C'ye kadar yumuşama göstermedikleri tespit edilmiştir. Malzemelerin mekanik özellikleri, dinamik mekanik analiz (DMA) cihazı ve çekme testi cihazı ile belirlenmiştir. Çekme testi ile kompozit malzemelerin çekme mukavemeti, Young modülü ve % uzama değerleri bulunmuştur. UD karbon elyaf dolgulu kompozit malzemelerin çekme mukavemeti ve Young modülü değerlerinin, Twill karbon elyaf dolgulu kompozit malzemelerin değerlerinden 3 kat fazla olduğu belirlenmiştir. DMA cihazı ile malzemelerin viskoelastik özellikleri belirlenmiştir. UD karbon elyaf dolgulu kompozit malzemelerin ve reçine oranı yüksek olan kompozit malzemelerin depolama ve kayıp modüllerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. DMA cihazı ile ayrıca, malzemelerin 100°C'de 10 MPa yük altındaki mekanik servis ömürleri belirlenmiştir. Servis ömrünün belirlendiği koşullar çok zorlayıcı olmasına rağmen üretilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinde sadece % 30-50 arasında kayıp olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, üretilen kompozit malzemelerin termal ve mekanik servis ömürlerinin çok yüksek olduğu belirlenmiştir. Kompozit malzemelerin termal özelliklerinin, PEİ reçinesine bağlı olduğu ve termal özelliklerin karbon elyaf örgü tipinden ve reçine oranından bağımsız olduğu tespit edilmiştir. Mekanik özelliklerin ise karbon elyaf örgü tipine ve ağırlıkça reçine oranına bağlı olduğu tayin edilmiştir. UD karbon elyaf ile üretilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin Twill karbon elyaf ile üretilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinden daha iyi olduğu belirlenmiştir. Ağırlıkça reçine oranının artması malzemelerin çekme mukavemeti değerlerinin azalmasına, viskoelastik özelliklerinin ise artmasına neden olmuştur. Anahtar Kelimeler: Polieterimid, karbon elyaf, termoplastik, kompozit malzeme, mekanik özellikler, kinetik ve mekanik yaşlanma.
Stiren-etilen/butilen-stiren blok kopolimeri esaslı nanokompozitlerin hazırlanması ve modifikasyonu
Son yıllarda termoset kauçukların yerine stirenik termoplastik elastomerlerin kullanımında artışlar gözlenmektedir. Termoplastik elastomerler (TPE) termoplastik polimerler gibi erime sıcaklıklarına sahip oldukları için işlenebilen, geri dönüştürülebilen kauçuk benzeri malzemeler olarak tanımlanmıştır. Vulkanizasyon sonucu elde edilmiş kauçuklarda işlenebilme ve geri dönüşüm gibi durumlar söz konusu değildir. Bu tez çalışmasının amacı katyonik monomerler kullanarak modifiye edilen killerle hazırlanan stiren-etilen/butilen-stiren (SEBS) blok kopolimeri esaslı kompozit malzemelerin elde edilmesi ve modifiye katkı malzemelerinin polimere kazandırdığı özelliklerin incelenmesidir. Ayrıca ticari modifiye killerle hazırlanan kompozit malzemeler ile deneysel olarak modifiye edilen killerle hazırlanan kompozit malzemelerin karşılaştırılması yapılarak bizim modifiye ettiğimiz killerin kullanılabilirliğinin incelenmesidir. SEBS blok kopolimerinin tek başına işlenmesi zor olduğu için polipropilen (PP) ve parafinik yağ (PY) ile karışımları hazırlanarak işlenebilirliği arttırılmıştır. Öncelikle farklı oranlarda SEBS/PP/PY karışımları hazırlanmıştır. Bu karışımların mekanik test sonuçlarına göre en uygun oran belirlenerek çalışmanın devamında kullanılacak ana matrikse karar verilmiştir. Ana matriksin farklı modifiye killer ile karışımları hazırlanmış ve katkı malzemelerinin matriks üzerindeki mekanik ve termal özelliklerine olan etkileri gözlemlenmiştir. Elde edilen bütün karışımlar çift vidalı karıştırıcı kullanılarak eriyik harmanlama yöntemiyle hazırlanmıştır. Hazırlanan kompozit malzemelerde polimer olarak kütlece %32 stiren içeren SEBS blok kopolimeri ve işlenebilirliği arttırabilmek için PP ve PY kullanılmıştır. Katkı malzemesi olarak saf kil montmorillonit (MMT), ticari modifiye killer ve katyonik monomerler ile modifiye edilen killer kullanılmıştır. İlk olarak MMT su varlığında katyonik monomerler [2-( Metakriolioksi)etil]-trimetil amonyum klorür (METMAC) ve [3-(metakriloamino)-propil]-trimetilamonyum klorür (MPTMAC) ile etkileştirilmiş ve iyon değiştirme reaksiyonu sonucunda monomerlerin kilin tabakaları arasına yerleşmesi sağlanmıştır. Daha sonra bu karışımlar başlatıcı varlığında termal polimerizasyon yöntemiyle farklı sürelerde polimerleştirilerek tabakalı yapının modifikasyonu yapılmıştır. Yapılan X-ışını kırınımı (XRD) analizi sonucunda Bragg eşitliğiyle tabakalar arası mesafeler hesaplanmıştır. Hazırlanan kompozit malzemelerin yapısal karakterizasyonu XRD ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile yapılmıştır. XRD ile modifiye edilmiş tabakalı yapının polimer matriks içerisindeki dağılımı incelenmiş ve tabakalar arası mesafeleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre ticari modifiye killer ile hazırlanan örneklerin aralanmış tabakalı (intercalated) yapıya, katyonik monomerler ile modifiye edilen killer ile hazırlanan örneklerin ise hem aralanmış tabakalı yapıya hem de yapraklanmış (exfoliated) yapıya sahip oldukları görülmüştür. Bu sonuçlar TEM analizinden elde edilen görüntüler ile desteklenmiştir. Kilin matriks içerisinde dağılması sonucu polimerin serbest hacim boşluklarında meydana gelen değişim PALS ölçümleriyle incelenmiştir. Sonuçlara göre matriks ile modifiye kil tabakaları arasındaki etkileşimlerin artmasıyla daha sıkı (compact) bir yapı oluşmakta ve boşluk hacimlerinde azalmalar görülmektedir. Hazırlanan malzemelerin mekanik testleri yapılarak katkı malzemesinin SEBS blok kopolimerine olan etkisi incelenmiştir. Sonuçlara göre deneysel olarak modifiye edilen killerle hazırlanan kompozit örneklerin mekanik değerlerinin ticari modifiye killerle hazırlanan örneklere göre daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Aynı örneklerin termal davranışları incelendiğinde, modifiye edilmiş kil katkılı malzemelerin bozunmalarının daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiği görülmüştür.
Doğal kauçuk esaslı atık lateks eldı̇ven ve polı̇(etı̇len-ko-vı̇nı̇l asetat) kullanılarak yenı̇ termoplastı̇k elastomer kompozı̇tlerı̇n hazırlanması ve sönümleme özellı̇klerı̇nı̇n ı̇ncelenmesı̇
Atık kauçuklar günümüzde ekonomik ve ekolojik açıdan önemli bir sorundur. Bu sorunlar dikkate alındığında geri dönüşüm en iyi seçeneklerden biridir. Atıkları bertaraf etme ve faydalı ürün olarak geri dönüştürme amaçlı birçok çalışma bulunmaktadır. Doğal kauçuklardan elde edilen tek kullanımlık eldiven atıklarının geri dönüştürülmesi de bu çalışmalar arasındadır. Tez kapsamında, üretim fazlası veya hatalı üretim sonucu oluşan doğal kauçuktan üretilmiş lateks eldiven atıklarının yararlı ürün olarak geri kazanımının sağlanması amaçlanmıştır. Toz haline getirilmiş lateks eldivenlerin, termoplastik elastomer olan poli(etilen-ko-vinil asetat) (EVA) ile karıştırılmıştır. Yapılan çalışmalarda öncelikle lateks eldiven tozunun karışım içerisindeki oranı ile mekanik özellikler üzerindeki etkisini incelemek amacıyla 8 farklı oranda EVA-lateks karışımları hazırlanmıştır. Hazırlanan karışımların mekanik ve sönümleme özellikleri incelenmiştir ve EVA miktarının artması mekanik özelliklerin arttığı görülmüştür. Bu tez çalışmasının temel amaçı aslında atık lateks eldiven tozunu karışım içerisinde yüksek oranda tutarak geri kazanımının sağlanmasıdır. Bu nedenle, EVA ile lateks arasındaki uyumluluğu artırmak için maleik anhidrit (MAH) ile aşılama yapılmıştır. Çekme testi sonucunda MAH ile aşılanmış karışımların, aşılanmamış karışımlara göre ile elastik modül, kopma dayanımı ve kopmadaki uzama değerlerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Sıkıştırma çalışmaları sonucunda aşılanmış karışımların absorbe ettiği enerji değerlerinde artış görülmüştür. En yüksek enerji sönemlenmesi MAH aşılanmış % 40 EVA ve % 60 lateks karışımında görülmüştür. Tüm bu deneysel çalışmalar sonucunda maleik anhrit ile aşılanmış EVALAT-g-MAH kompozit sistemlerinin uyumluluğun arttırılması ile mekanik özelliklerin arttığı ve doğal kauçuktan üretilmiş atık lateks eldivenlerin tartan pist plakalsı gibi yararlı ürün olarak geri kazandırabileceği görülmüştür.
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.
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.
Design, analysis and verification of conventional and non-conventional cylindrical cfrp composite shell with optimized cutout under the effect of combined loading
The rate of the usage of fiber reinforced composite structures both in aerospace and automotive industries has been increasing very rapidly over the past few decades. In addition to conventional fiber orientation laminate composites, the steered fiber layup composites have also become in the center of interests. Having higher specific strength and stiffness and being light-weight compare to metallic structures give polymer composites an important advantage over metals. Traditional fiber-reinforced composite laminates are composed of 0, 90 and 45 degree plies and are called as constant stiffness (CS) composites. Those specific fiber orientation selections are due to the ease of manufacturing, since at the initial times of composite manufacturing the only way was to manufacture manually. On the other hand, with the development of automated fiber placement machines, recently designed steered fiber composites have been able to put into service. This manufacturing technique allows fibers to be oriented other than 0, 90 and 45 degrees such that the curved fiber orientation within a ply changes continuously. Due to spatially oriented fibers within a ply, the laminate has spatially varying stiffness and therefore, those fiber composites are called as variable-stiffness (VS) composites. The purpose of having VS is to improve the mechanical properties of the composite. There have been various researches on the VS composites including flat panels, conical and cylindrical shells with some of the works including cutouts as well. The work presented in this dissertation includes the effect of cutouts varying circumferentially and geometrically on both CS and VS cylindrical shells under pure bending and combined loading. The geometry and cutout configurations of the CFRP cylindrical composite shell was selected to simulate the fuselage of the airframe. The structure under consideration is a circular cylinder with a radius R of 304.5 mm (12 in), length L of 813 mm (32 in), and an overall shell thickness H of 4.392 mm (0.173 in). Loading is introduced at each end of the cylinder and for this study is confined to a pure bending, applied in a direction so that the bottom of the cylinder is under compression and the top in tension. In the combined loading study, in addition to bending moment, vertical shear force applied from one end of the cylinder while applying encastre boundary condition to the other end. The results of a parametric study, concerning on the effects of a pair of cutouts symmetrically located with respect to the vertical axis perpendicular to the bending axis, varying both the location and size of the cutouts and evaluating their effects on the maximum load levels and predominant failure modes of a circular cylindrical shell were presented. Several baseline cases were presented to illustrate the type of results that were encountered. Overall failure trends from the study were introduced, and a supplemental study to highlight an interesting aspect of the results was demonstrated. The analysis methods that were used for the evaluation of the buckling and failure characteristics of shells include linear buckling analysis, nonlinear analysis using Riks method and nonlinear progressive failure analysis using Riks method. During the nonlinear analysis, the imperfections coming from the buckling analysis were also included at a rate of 10% of the shell thickness. Analyses were performed using the commercial FEM solution ABAQUS using S4R element. In that model, the stacking sequence was defined using the COMPOSITE option of the SHELL SECTION designator to define the fiber orientation angle of each layer. For the VS case, additional computations were required due to the spatial variation of the fiber orientation angle within the plies. Subroutines were generated with FORTRAN coding to produce fiber orientation angles for each ply. The fiber angle values were introduced into the model through the DISTRIBUTION TABLE designator within ABAQUS. This feature allows the user to construct tables to list specified values for each element or node. In this case, one table was used for each distinct ply and default values were used for the CS plies. During finite element analysis S4R shell element which possesses one integration point at the centroid of the element was used. The centroid was calculated from the four connected nodes of each element and the fiber orientation angle values were calculated there based on the parametric formulation of the circumferential variation. A Python script was used to construct both the input file and the tables based on the model parameters (geometry, mesh size, material properties, stacking sequence, and cutout configuration), where the tables used the FORTRAN subroutines interactively to calculate the fiber orientation angles. The tables were written to external files so they could be easily changed without having to alter the original input file. During nonlinear progressive failure analysis, Helius PFA commercial tool was used. It is composed of a set of software modules and a composite material library that integrates with the ABAQUS finite element analysis system. Helius PFA utilizes a form of material modeling that is based on Multi-continuum Theory in addition to other common composite failure criteria like Tsi-wu, Hashin, Larc etc. In the analysis of cylindrical shell model with cutouts, failure modes were defined and tables of failure modes were generated for the prescribed cutout size and locations. It was discovered that, there are generally three types of failure modes, which appears under pure bending for cylindrical shells with cutouts. To classify them; Failure Mode I may be defined as strength failure driven by global buckling of the cylinder. Failure Mode II can be defined as; strength failure around the cutout driven by local cutout edge buckling. As third mode, in Failure Mode III, before global buckling, material strength failure starts due to high stress concentration and therefore, it was defined as the strength failure initiated around the cutout without buckling. Finally, comparison of the finite element predictions with the experimental results were realized by matching the end rotations and strains. Although, the VS cylinder was designed to be stiffer than the CS cylinder and expected to have higher failure load in bending, after placing cutouts with certain size and locations on the cylinder, the effect of steered fiber laminae reduced dramatically. The effect of steered fiber is reduced due to the change in the failure mode as a result of applied cutouts. When the cutouts are below the neutral axis, that is the compression side of the cylinder, failures are usually driven by local buckling around the holes in contrast to global buckling from the bottom of the cylinder. The steered fiber laminate were designed to increase the failure load under pure bending and it can be effective in global buckling since the VS shell was optimized without cutouts. Therefore under local buckling conditions failure load were dropped for both CS and VS laminates. After completing the nonlinear analyses and finalizing the cutout size and locations, the cylinders without cutouts were machined with the 0.3R/120 cutout configurations. Following the machining, real imperfections were measured with Digital Image Correlation method. A final improvement of the finite element predictions was achieved by including real geometric imperfections in the model and by performing nonlinear progressive failure analysis using Riks method. Testing of cylindrical shells with cutouts was performed in TU Delft using a fixture that was designed to test the constant-stiffness and the variable-stiffness cylinders in pure bending. Strains and displacements were measured using strain gauges, digital image correlation, LVDT's and lasers. Two cylinders were tested: one with conventional layup laminate baseline cylinder (CS) and one with circumferentially varying laminate stiffness (VS). A comparison of the experimental response of the two cylindrical shells with the finite element predictions showed that the experimental boundary conditions has almost the same flexibility as modeled in the finite element model and resulted in good agreement between the experimental and the numerical results. The ultimate failure loads of testing also showed very good correlations with the finite element predictions. The results of this study show that, during the numerical analyses of composite structures it is important to apply nonlinear progressive failure analyses in order to obtain realistic results close to the test results. It was also proved that there are basically three failure modes of the cylindrical shells with cutouts. Although, the failure resulting from the global buckling of the cylinder has the highest failure load, generally the cylinders with moderate cutout size will tend to either buckle or tear up from the cutout edge. Therefore, in the design of cylindrical aerospace structures the window or door cutouts, the sizes and locations of the cutouts should be adjusted so that the buckling will tend to start from cutout edge to increase the post buckling strength of the cylindrical shells .
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.
Kontrollü polimerizasyon yöntemiyle organik / anorganik polimerik kompozit malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
Kontrollü polimerizasyon yöntemleri son ürünün özelliklerinin istenildiği şekilde ayarlanmasına imkan vermektedir. Bunlar, polimer zincirlerinin boyu , molekül ağırlığı ve polidispertisine bağlı olarak değişen termal, mekanik, optik vs özelliklerdir.Bu çalışmada anorganik matriks olarak bentonit seçilmiştir. (3-trimetoksilil) propilmetakrilat (A-174) monomeri kullanılarak sol-jel yöntemiyle bentonit ve organofilik bentonite ayrı ayrı kovalent bağlarla bağlanmış ve monomerin metakrilat fonksiyonel uç grubuyla klasik radikalik ve kontrollü radikalik Terisinir Katılma-Ayrılma Zincir Transfer (RAFT) polimerizasyon yöntemleriyle ayrı ayrı polimerleştirilerek yapılan kompozit malzemelerin termal ve yapısal özellikleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.Organofilik bentonitle yapılan kompozitlerdeki polimer miktarı organofilik olmayanlara göre daha fazla olduğu görülmüştür. Her iki durumda da bağlanmanın killerin hidroksil gruplarıyla A-174'ün silika fonksiyonel grubu üzerinden bağlandığı bulundu.RAFT polimerizasyon yöntemiyle yapılan kompozitlerin termal özelliklerinin klasik radikalik polimerizasyon yöntemine göre yapılanlardan daha iyi olduğu özellikle camsı geçiş sıcaklığının daha yüksek olduğu bulundu.Anahtar Kelimeler: Kontrollü Polimerizasyon, RAFT, Bentonit, Kompozit Malzeme
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.
Nano malzeme katkılı çok fonksiyonlu kompozit yapıların geliştirilmesi
Bu çalışma kapsamında özellikle havacılık ve uzay endüstrilerinde önemi gittikçe artan çok fonksiyonlu kompozit yapıların geliştirilmesine yönelik, nano malzeme katkılı akıllı bir malzeme olan kayma altında katılaşan sıvılar kullanılarak, dış katmanları alüminyum, çekirdek malzemesi ise köpükten oluşan sandviç kompozit yapıların çarpma enerjisi sönümlemesinin arttırılması ve kendi halinde yalıtkan olan çekirdek malzemesine elektriksel iletim özelliği kazandırılması üzerine çalışılmıştır. Dış yüzeyler 1.6 mm kalınlığında 7075 serisi alüminyum, çekirdek malzeme ise 18 mm kalınlığında XPS (Ekstrüde polistiren köpük) kullanılarak 50x50x21.4 mm boyutlarında sandviç yapılar oluşturulmuştur. Çekirdek malzeme üzerine 2, 4 ve 6 mm çaplarında dikey delikler ve 2, 4 ve 6 mm genişliklerinde yatay kanallar olmak üzere 6 farklı kanal tasarımı yapılmış ve bu kanallar 200 g/mol polietilen glikol (PEG) ortamında dağıtılmış ağırlıkça %40 silika tozu ile hazırlanan kayma altında katılaşan sıvı (KAKS) ile doldurulmuştur. Elektriksel iletimin sağlanması amacı ile hazırlanan KAKS çözeltisine çok katmanlı karbon nanotüpler (KNT) eklenerek, reolojik ve elektriksel parametreler gözetilerek optimum KAKS + KNT içeriği belirlenmiştir. Hazırlanan sandviç yapılar 5, 10 ve 15 J enerji seviyelerinde düşük hızlı çarpma testine tabi tutulmuştur. Çarpma testi sonucunda numune tabanında oluşan reaksiyon kuvvetleri incelenmiştir. Ardından elektriksel iletim ve darbe sönümleme performansı açısından optimum özellikteki sandviç yapı tasarımı değerlendirilmiştir.
Farklı tür kumaşlara metal oksit katkılı polimer kompozitlerin kaplanması ve çok fonksiyonlu özelliklerinin incelenmesi
Süperhidrofobik yüzeyler, düşük yüzey enerjili ve pürüzlü mikro-nano dokularla elde edilir. Bu tür yapıları elde etmede florokarbonlar sıklıkla hidrofobik modifikasyon için kullanılır. Bununla birlikte, florlu bileşikler pahalıdır, çevreyi kirletir ve potansiyel olarak toksiktir. Florlu bileşiklerin çevresel zararları nedeniyle PDMS gibi flor içermeyen malzemeler çevresel avantajlarıyla öne çıkmaktadır. Süperhidrofobik kumaşlar, su itici, kendi kendini temizleyen, UV koruma ve alev geciktirici özellikleriyle tekstil sektöründe önemlidir. Ancak, flor içermeyen ve düşük maliyetli yöntemlerle çok işlevli kumaş üretimi hala bir zorluktur. Yeşil sentezlenmiş ZnO nanopartiküllerin süperhidrofobiklik üzerindeki etkisi yeterince araştırılmamıştır. Bu çalışma, basit daldırma kaplama yöntemiyle flor içermeyen, süperhidrofobik polyester ve viskon kumaşlar geliştirmeyi ve bu nanopartiküllerin performansını incelemeyi hedeflemiştir. Bu bağlamda, sol-jel ile sentezlenen SiO2 nanopartikülleri ve ayva çekirdeği musilajından yeşil sentezle ZnO nanopartiküllerinin eldesiyle farklı kombinasyonlarda kompozitler hazırlanmıştır. Elde edilen bu kombinasyonların farklı tür tekstil kumaşları üzerindeki kendi kendini temizleyebilme özelliği (fotokatalitik etki), süperhidrofobiklik ve UV koruma faktörü (UPF) performansı incelenmiştir. Farklı kombinasyonlarda hazırlanan kompozitler (PDMS, PDMS/ZnO, PDMS/SiO2-ZnO/PDMS, ZnO/SiO2-PDMS, SiO2/ZnO/PDMS ve SiO2/PDMS) ile viskon ve polyester kumaşlara yapılan kaplamalar karşılaştırılmıştır. ZnO/SiO2-PDMS ile kaplı olan viskon ve polyester kumaşlar, süperhidrofobiklik yönünden en iyi performansı göstererek ortalama temas açıları sırasıyla 111,3° ve 144,7° olarak bulunmuştur. ZnO/PDMS-SiO2/PDMS ile kaplı viskon kumaşın UPF değeri 32 olarak bulunarak mükemmel bir UV koruma sağlayabileceği görülmüştür. Bu tez çalışması, farklı kombinasyonlarda hazırlanan kompozitler ile kaplanan kumaşların UV koruma, fotokatalitik etki ve süperhidrofobiklik performansını artırmadaki etkisini ele almıştır. ZnO nanopartiküllerin ayva çekirdeği musilajından yeşil sentez gibi çevre dostu yöntemlerle elde edilmiş olması, sürdürülebilirlik açısından çok önemlidir. Bu çalışma, nanoteknolojinin tekstil sektöründe çevre dostu ürünlerin geliştirilmesine zemin hazırlamaya katkı sağlayacaktır.
Hava araçlarında kullanılan kompozit yapılarında darbeli yük koşullarında yapısal sağlık izleme
Yeni nesil hava araçlarının tasarlanmasıyla birlikte kompozit malzemelerin havacılıkta kullanımı günden güne artmaktadır. Kompozit malzemelerin kullanımı arttıkça, bu malzemelerin üretim sırasında ve kullanım ömürleri boyunca test edilmesi ve bakım yapılması gerekmektedir. Yapısal sağlık izleme kavramı, yeni nesil uçaklarda kestirimci bakım uygulamaları için yapısal durumun devamlı olarak izlenebileceği bir kavramdır. Bu çalışmanın amacı, havacılıkta kullanılan kompozit malzemeler üzerinde deneysel ve analitik bir yapısal sağlık izleme çalışması yürütmektir. Uçak kompozit malzemeleri için kestirimci bakım uygulamalarından yapısal sağlık izleme kavramı araştırılmıştır. Bu yöntem için sensör teknolojilerinden gerinim ölçerler ile yapıdaki değişimler izlenmiştir. Yapısal test ortamı, bilgisayar yardımıyla sonlu elemanlar yöntemi ile de simüle edilerek incelenmiştir. Araştırma bulguları olarak havacılıkta kullanılan önceden reçine emdirilmiş karbon bezi ile yapılan test numunesine gerinim ölçer entegrasyonu ile üzerindeki deformasyonları tespit edebilen bir parça elde edilmiş, test numunesinin test senaryosuna göre darbe yükleri karşı yer değiştirme cevapları deneysel olarak incelenmiş ve analitik sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda, yapısal sağlık izleme kavramının gelişen teknoloji ile giderek daha fazla havacılık ve diğer sanayi uygulamalarında kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Bakım uygulamalarında hasarın oluşmadan önlenmesi ve en az maliyet ile gerçekleştirilecek üretim ve operasyon koşulları için hava araçlarında yapısal sağlık izlemenin kompozit yapılarında artan bir trend ile uygulanabileceği, operasyon ve elde edilecek veri yoğunluğu ile daha kesin ve doğru kestirimci bakım uygulamaların yapılabileceği sonucuna varılmıştır.