Polimer kompozitler
Bu konu başlığı altında 131 tez
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.
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.
Buzlanmayı önleme uygulamaları için fonksiyonel kompozit malzemeler
Havacılıkta ve birçok mühendislik alanında buzlanma hem ekonomik açıdan hem de güvenlik açısından olumsuz sorunlara neden olmaktadır. Bu olumsuz koşulların önlenmesi amacıyla çeşitli önlemler ve yöntemler uygulanmakta hatta her geçen gün birçok yenilikçi yaklaşım oluşturulup, geliştirilmektedir. Havacılıkta uçuş güvenliği adı altında geçen buzlanma önleme ve giderme yöntemleri kimi zaman yeterli olmamakta ve yeni uygulamalara ihtiyaç duymaktadır. Yeni yaklaşımlarda buzlanmanın yoğun olduğu durumlarda buz çözme ve buzlanma önleme uygulamaları için oluşturulan kompozit malzemelerle uçuş güvenliğinin yanı sıra düşük maliyet ve kolay uygulanabilirlik açısından bazı çalışmalar yürütülmektedir. Buzlanmayı önleme ve giderme yöntemlerinin başında elektrotermal uygulamalar gelmektedir. Bu yaklaşımda elektrik yardımıyla ısıtılan yüzeylerde buz oluşumunun önlenmesi (anti-icing) ya da buzlanma sonrası yüzeyin ısıtılarak yüzeydeki buz tabakalarının uzaklaştırılması amaçlanmaktadır (de-icing). Mevcut elektrotermal sistemlerde geleneksel ısıtıcı malzemelerin kullanılması, bu malzemelerin sınırlı esneklik ve yüksek güç tüketimi dezavantajları sebebiyle yaygınlaşmalarını kısıtlamaktadır. Yakın zamanda yenilikçi malzemeler kullanılarak daha verimli elektrotermal ısıtma sistemleri geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu tez çalışmasında gümüş nanotel esaslı kompozitlerin elektromermal özellikleri incelenmiştir. Polyol yöntemi ile üretilen gümüş nanoteller saflaştırma sonrası sprey kaplama yöntemiyle cam, PET ve PC gibi alttaşlar üzerine kaplanmışlardır. Kaplama sonrası gümüş nanotellerin yüzeyleri epoksi veya ısıya dayanıklı akrilik bazlı sprey boya ile kaplanarak kompozit ısıtıcılar elde edilmiştir. Üretim sonrası gerçekleştirilen opto-elektronik ölçümlerde gümüş nanotel temelli kompozitlerin düşük direnç ve yüksek şeffaflığa sahip olduğu görülmüştür. Kompozit yapıların elektrotermal ölçümlerinde ise sıcaklık dağılımı, ısınma davranışı gibi özellikleri irdelenmiştir. Son olarak gerçekleştirilen yüzeyde buz oluşturma ve buz giderme testlerinde ise özellikle ısıya dayanıklı akrilik boya kaplı gümüş nanotel/PC kompozitlerin hidrofobik yüzey özellikleri ve uygulanan voltaj altında hızlı buz giderme davranışı gösterdikleri gözlenmiştir.
Polimer bazlı cam parlatma keçelerinin üretimi
Cam kenarı işleme makinelerinde kullanılan aşındırıcılı profil diskleri yurdumuzda üretilebilmektedir. Ancak, profil disklerinin tamamlayıcısı konumunda olan parlatma keçeleri ülkemizde üretilememekte olup, özellikle İtalya ve Uzak Doğu'dan ithal edilmektedir. Yüksek miktarda tüketimi olan cam parlatma keçelerinde dışa bağımlılık bulunmaktadır. Bu çalışma, 0768.STZ.2014 No.lu proje kapsamında Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenmiş ve cam parlatma keçeleri için polimer matrisli kompozit malzemelerin yüksek standartlarda ve yüksek performansta kullanılacak seviyede geliştirilmesi hedeflenmiştir. Projede geliştirilecek olan cam parlatma keçeleri için alümina (Al2O3), silisyum karbür (SiC) gibi farklı özellikte aşındırıcılar kullanılarak bu aşındırıcıların çeşitli kombinasyonları ile takviye edilmiş polimer matrisli kompozitler geliştirilmiştir. Bu kapsamda öncelikle piyasada ticari olarak satılan ürünler üzerinde FTIR, DSC-TGA ve SEM ile bağlayıcı madde ve aşındırıcı maddeler ile ilgili ön inceleme yapılarak uygun bağlayıcı ve dolgu maddeleri tespit edilmiştir. Aşındırıcı parçacık miktarı, boyut dağılımı, morfolojisi ile farklı matris malzeme ve kompozisyonları, kompozit ve aşındırıcı kompozit parametre olarak incelenmiştir. Elde edilen verilerin çokluğu nedeniyle konvansiyonel analizlerin yanında sayısal modellemeye gidilerek MATLAB ile Çoklu Lineer Regresyon ve Destek Vektör Makinesi ile analizleri yapılarak uygun yöntem karşılaştırmaları gerçekleştirilmiştir.
Karbon nano tüp ve SiO2 nano parçacık takviyeli üç boyutlu cam elyaf-epoksi kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada nano partiküllerle güçlendirilmiş 3 boyutlu (3D) cam elyaf/epoksi kompozit malzeme üretilmiş mekanik, termal ve mikroyapısal özellikleri incelenmiştir. 3D kompozit malzemenin yapısına ağırlıkça %0,3; %0,5; %1; %2 oranlarında çok duvarlı karbon nanotüp (ÇDKNT) ve ağırlıkça %0,5; %1; %2; %3 oranlarında nano SiO2 katılmıştır. 3D kompozitler en ideal üretim yönteminin bulunabilmesi için el ile tabakalama ve vakum infüzyon yöntemleriyle üretilerek reçine emilimi, hava kabarcığı oluşumu, ağırlık ve boyutsal kararlılıkları incelenmiştir. Daha homojen reçine emilimi, daha az hava kabarcığı oluşumu ve daha yüksek boyutsal kararlılık elde edilen vakum infüzyon yönteminin en verimli yöntem olduğu anlaşılmıştır. 3D kompozitler hem dokuma yönünde (çözgü) hem de dokumaya dik (atkı) yönde üretilmişlerdir. Nano partikül takviyesi yapılmış 3D kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi için sertlik ölçümü, üç nokta eğilme, düşük hız darbe ve çekme deneyleri yapılmıştır. Kırık yüzeylere uygulanan taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve enerji dağılım spektroskopisi (EDS) ile kompozitlerde oluşan hasar mekanizması ve ilave nano partiküllerin dağılımı araştırılmıştır. Nano partikül ilavesinin 3D kompozitlerin termal özellikleri üzerindeki etkileri ise diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), termal gravimetri (TGA) ve dinamik mekanik analiz (DMA) çalışmalarıyla incelenmiştir. Mekanik deneylerden elde edilen sonuçlara göre 3D cam elyaf/epoksi kompozit malzemelere eklenen ÇDKNT ve nano SiO2 partikülleri, kompozitin eğilme, darbe ve çekme dayanımlarını arttırmıştır. Elde edilen artış kompozitin hem çözgü hem de atkı yönünde tespit edilmiştir. En yüksek eğilme ve çekme dayanımları ağırlıkça, %1 oranında ÇDKNT ve %1 oranında nano SiO2 ilavesinde, en yüksek darbe dayanımı ise ağırlıkça %0,5 oranında ÇDKNT ve %2 oranında nano SiO2 ilavesinde tespit edilmiştir. Yapılan SEM-EDS incelemelerine göre 3D kompozitlere eklenen nano partiküller kullanılan ultrasonik karıştırma yöntemi sayesinde homojen dağıtılması sağlanabilmişir. 3D kompozitlerde görülen hasarın pile ile alt ve üst yüzey örgü bağlantılarında matris çatlağı ve ardından kompozitin kırılması şeklinde geliştiği anlaşılmıştır. Termal analizlerin sonuçlarına göre ise 3D kompozitlere ilave edilen ÇDKNT ve nano SiO2 partikülleri malzemenin camsı geçiş sıcaklığının ve termal bozunma başlangıç sıcaklığının yükselmesini sağlamıştır. Buna göre nano partikül ilavesinin 3D kompozitlerin çalışma sıcaklığı aralığını genişlettiği tespit edilmiştir. DMA incelemelerinde nano partikül ilaveli kompozitlerin elastikiyetlerinin iyileştiği görülmüştür. Aynı sonuç mekanik deneylerde de bulunmuştur. Referans sıcaklıklarda daha yüksek tanδ değeri veren takviyeli kompozitler malzemenin özelliklerini kaybetmeden daha yüksek sıcaklıklara dayanabildiğini ortaya koymuştur. Tez çalışması süresince yapılan detaylı üretim çalışmaları, deney ve analizler 3D kompozitlere eklenen ÇDKNT ve nano SiO2 partiküllerinin malzemenin mekanik, termal ve mikroyapı özelliklerini geliştirdiğini ortaya koymuştur. Çalışmalar sonucunda referans malzemesi üstün özellikler kazandırılmış daha nitelikli bir kompozit ürüne dönüştürülmüştür.
Polimer matrisli kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, kırpılmış cam, karbon ve aramid elyaf takviyeli polipropilen, polietilen, poliamid 6 ve poliamid 12 kompozitlerinin mekanik özelliklerinin değerlendirmesi yapılmıştır. Aynı imalat yöntemi ve koşulları altında kompozit elemanların hacimsel oranları değiştirilerek kompozitlerde varyasyonlar elde edilmiştir. Takviye ve matris malzemeleri ekstrüzyon yöntemiyle karıştırıldıktan sonra pres kalıplama tekniği ile kompozit malzemeler plaka şeklinde üretilmiştir. Daha sonra üretilen kompozitlerin çekme, 3 nokta eğilme, düşme ağırlık ve sertlik testleri gerçekleştirilmiş ve kırık yüzeylerin yüzey morfolojisi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Daha sonra her bir değişkenin (elyaf ve matris tipi, elyaf katkı içeriği) test sonuçları üzerindeki etkinliğini gözlemlemek için S/N değerleri kullanılarak ANOVA analizi ve F-Testi gerçekleştirilmiştir. Hesaplanan F değerleri, kritik F değerlerinden daha büyük olduğu görülmüştür. Hedeflenen %95 güven seviyesini sağlanmıştır. Elde edilen deneysel verileri en küçük kareler optimizasyon yöntemiyle matematiksel model geliştirilmiştir. Son olarak deney sonuçlarına göre en uygun karışımın mekanik özellikleri kullanılarak, doğalgaz altyapısında kullanılan PE125 borunun sonlu elemanlar metodu ile numerik analizi yapılmıştır.
Araç fren pedalının polimer kompozit malzemeden eklemeli üretim yöntemine uygun optimum tasarımı ve seri parça ikamesi olarak üretimi
Polimer kompozit malzemeden parça üreten 3B yazıcı ve bant serme sistemleri (genel ismi ile eklemeli üretim sistemleri) hızla gelişmektedir. Ancak üretim hızları henüz düşüktür. Şu an için seri üretime dönük ancak düşük adetli parçalar için kullanımı verimli durmaktadır. Cihazın bu vasfından yararlanmak için seri üretimde kullanılan metal parçanın eklemeli üretime ve kompozit 3B yazıcının malzeme ve yazma sistemine uygun tasarlanması gerekmektedir. Bu çalışma halen üst segment binek ve ticari araçlarda bulunan el freni yerine kullanılan ayak fren pedalının, çelik yerine ikame olarak polimer kompozit parçadan eklemeli üretim yöntemi ile üretimi ve çelik parçadan istenen özelliklere uygunluğunun deneysel olarak incelenmesi üzerindedir. Tezin amacı polimer kompozit 3B yazıcıların parça yazdırma stratejilerine uygun parçanın istenen mekanik ve fiziksel özellikleri sağlayacak şekilde optimum tasarımının yapılması, yapılan tasarımın mekanik performansının uygunluğunun Sonlu Elemanlar Analizleri ile incelenmesi ve 3B yazıcı ile üretilerek nihai performansının, araç üreticisi tarafından gerçek parçadan beklenen isterlere uygunluğunun deneysel olarak incelenmesidir.
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.
Otomotiv endüstrisinde kullanılan fiber takviyeli kauçuk kompozitlerin sonlu elemanlar yöntemiyle üç boyutlu analizi
Fiber takviyeli kauçuk kompozitler, otomotiv endüstrisinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. En yaygın görülme şekilleri; yapay kaslar, araç lastikleri, süspansiyon sistemleri ve yakıt hortumlarıdır. Bu kadar yaygın kullanılmasından dolayı, hangi yükleme altında, nasıl davranış göstereceklerinin bilinmesi önem arz etmektedir. Bundan dolayı, bu tez kapsamında fiber takviyeli kauçuk kompozitler, ANSYS Workbench ortamında sonlu elemanlar yöntemiyle 3 boyutlu olarak incelenmiştir. Sonlu elemanlar çözümleri için gerekli doğrulamalar, deneysel çalışmalar ile gerçekleştirilmiştir. Doğrulama işleminin ardından kauçuk malzeme için hiper-elastik malzeme modeli, fiber takviyeler için ise doğrusal elastik malzeme tanımlamasıyla katı modeller hazırlanmış ve sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde; beş farklı fiber çapı, beş farklı fiber boşluk mesafesi, üç farklı açı ve üç farklı takviyelendirici kullanılmıştır. Bu sayede, fiber çaplarının, fiberler arası mesafelerin, fiberler arası açı değişimlerinin ve farklı takviye malzemelerinin mekanik davranış üzerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar detaylıca birbirleriyle karşılaştırılmış ve yorumlanmıştır.
Sıkıştırmalı kalıplama yöntemi ile PLA esaslı polimerik kompozit köpüklerinin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Büyük çoğunluğu fosil yakıtlardan üretilen polimerler, kullanım ömürlerini tamamladıktan sonra bozunmaya uğramadıkları çevre ortamlarında atık haline gelmekte, her yeni hammadde üretim sürecinde gerek çevreye verilen zarar, gerekse sınırlı fosil yakıt kaynaklarının tüketimi bakımından benzer süreçler tekrarlanmaktadır. Ortaya çıkan bu kısır döngü son yıllarda yenilenebilir kaynaklardan elde edilen çevreci, biyo esaslı ve biyobozunur polimerlere ağırlık verilmesine neden olmuştur. Biyopolimerler, biyouyumlulukları ve biyobozunurlukları sebebiyle başlangıçta sadece biyomedikal uygulamalarda kullanım alanı bulsalar da yapılan çalışmalarla daha iyi anlaşılmaya başlanan fiziksel ve mekanik davranışları sebebiyle otomotiv uygulamalarında da petrol esaslı polimerlere alternatif olarak değerlendirilmeye başlanmıştır. Polilaktik asit (PLA), son yıllarda pek çok uygulama alanında kullanılabilirliği incelenen yüksek çekme dayanımı ve sertliği, kolay işlenebilirliği ile geleneksel petrol esaslı polimerler ile kıyaslanabilir özelliklere sahip olan alifatik bir polyesterdir. PLA kendisine avantaj sağlayan özelliklerinin yanı sıra yüksek maliyet, düşük tokluk, düşük ısıl direnç ve düşük kristalizasyon hızı gibi sınırlayıcı bir takım özelliklere de sahiptir. Ancak yapılan çalışmalarda bu sınırlamaların farklı polimerlerin, dolgu ve katkı sistemlerinin kullanılabildiği kompozit karışımların hazırlanmasıyla giderilebildiği görülmüştür. Literatür çalışmaları incelendiğinde özellikle otomotiv sektörü için önemli olan hafiflik ve karbon dioksit (CO2) emisyonu sınırlamaları sonucunda çalışmalarına ağırlık verilen köpük malzeme üretimlerinin biyopolimerler için de araştırılan ve üzerinde çalışılan bir alan olduğu, bu konuda hem fiziksel hem kimyasal köpürtme ajanları ile gerçekleştirilen çalışmalara son yıllarda ağırlık verildiği görülmektedir. Bu tez çalışmasında, otomotiv sektöründe kullanılabilecek hafif, çevreci, yüksek performanslı PLA esaslı polimerik kompozit köpüklerinin çift vidalı ekstrüder ve sıkıştırmalı kalıplama yöntemleri kullanılarak geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, PLA ile birlikte poliamid 6 (PA6) ve polipropilen (PP) polimerleri kullanılarak, ilk aşamada polimer oranlarının belirlenmesi amacıyla 20:80, 30:70, 40:60 ve 70:30 oranlarında polimerik kompozit yapılar hazırlanmıştır. Sıkıştırmalı kalıplama yöntemi kullanılarak hazırlanan bu kompozit yapıların fiziksel, termal, mekanik ve morfolojik özellikleri ve bu özelliklerdeki değişimler incelenip en uygun polimer oranlarına karar verilmiştir. PLA/PP ve PLA/PA6 karışımları için en uygun polimer oranının 30:70 olduğu belirlenmiş, bu aşamadan sonraki çalışmalara bu oranlar ile hazırlanan karışımların kullanılarak devam edilmesi kararlaştırılmıştır. Ancak kimyasal köpürtücü ajan ve uyumlaştırıcı ajanın etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için 30:70 oranı ile birlikte 70:30 oranı ile de çalışılmasına karar verilmiştir. Bu çalışmanın ikinci aşamasında, kimyasal köpürtücü ajan oranının belirlenmesi amacıyla ağırlıkça %1, %1,5 ve %2 oranlarında kimyasal köpürtücü ajan kullanılarak çift vidalı ekstrüder ve sıkıştırmalı kalıplama yöntemleri ile polimerik köpük yapılar hazırlanmıştır ve elde edilen numunelerin fiziksel, termal, mekanik ve morfolojik özellikleri ve kimyasal köpürtücü ajan oranına bağlı olarak bu özelliklerdeki değişimler değerlendirilmiştir. En uygun kimyasal köpürtücü ajan oranı PLA/PP ve PLA/PA6 karışımları için %1,5 olarak bulunmuştur. Son aşamada ise, köpürtülmüş ikili polimer sistemlerinde uyumsuzluğu gidermek amacıyla polimer oranları ve kimyasal köpürtücü ajan oranları belirlenen yapılar için son olarak en uygun uyumlaştırıcı ajan oranının belirlenmesi için çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Uyumlaştırıcı ajan kullanımının fiziksel, termal, mekanik ve morfolojik özellikler üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi amacıyla ağırlıkça %1, %3 ve %5 oranlarında uyumlaştırıcı ajan içeren PLA/PP ve PLA/PA6 karışımları hazırlanarak analizleri gerçekleştirilmiştir. Köpük yapıdaki PLA/PP karışımları için en uygun uyumlaştırıcı ajan oranı ağırlıkça %1 olarak belirlenirken, bu oran köpük yapıdaki PLA/PA6 karışımları için ağırlıkça %3 olarak belirlenmiştir.
Polimer esaslı kompozit malzemelerin eklemeli imalat ile üretilerek özelliklerinin geliştirilmesi
Yüksek mukavemet, yüksek darbe dayanımı ve düşük yoğunluğun önem arz ettiği günümüz mühendislik malzemelerinde sandviç kompozit yapılar oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Gelişen üç boyutlu yazıcı teknolojisi özellikle karmaşık şekilli mühendislik malzemelerinin üretiminde zor ve uzun proses basamaklarına sahip geleneksel üretim yöntemlerinin yerini almaya başlamışlardır. Yapılan bu tez çalışmasında ticari akrilonitril bütadien stiren (ABS) ve ticari polikarbornat akrilonitril bütadien stiren alev geciktirici (PC/ABS) filamentleri ile düz plaka numuneler FDM yazıcıda basılmış olup mekanik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen çekme testi sonucuna göre ABS ve PC/ABS malzemelerine ait maksimum gerilmenin sırasıyla 27,79 MPa ve 29,09 MPa olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Darbe testi sonuçlarına göre ABS ve PC/ABS malzemelerine ait absorbe edilen enerji sırasıyla % 17,69 ve %32,70 olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Elde edilen verilere göre kompozit yapının darbe dayanımının ve absorbe ettiği enerjinin daha yüksek olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ticari olarak temin edilen ABS ve PC/ABS filamentlerinin mekanik özelliklerine kıyasla elde edilen sandviç numunelerin mekanik özelliklerinin daha düşük olduğu sonucu elde edilmiş olup yazıcı parametrelerinin mekanik özelliklere etkisinin olacağı öngörülmüştür. Üç boyutlu yazıcıların kullanım alanlarının artmasıyla negatif Poisson oranına sahip malzemeler üzerine de çalışmalar arttığı bilinmektedir. Malzemelerin karakteristik özelliklerinin belirlenmesinde etken olan Poisson oranı genelde 0,3 civarındadır. Negatif Poisson oranına sahip öksetik yapıların pozitif Poisson oranına sahip malzemelere kıyasla daha yüksek enerji sönümleme gibi mekanik özelliklere sahip olduğu bilinmektedir. Yapılan bu tez çalışmasında aynı zamanda ABS ve PC/ABS malzemelerden elde edilen geleneksel balpeteği çekirdek yapı sandviç kompozit yapı ile öksetik yapıya sahip çift ok kafa ve tetrachiral çekirdek geometrilerine sahip basma ve darbe test numuneleri FDM ile üretilerek mekanik özellikleri incelemeyi amaçlamıştır. Tetrakiral geometrik yapının hem ABS hem de PC/ABS kompozit sandviç numuneler için sırasıyla 3106,23 N ve 3312,70 N'luk maksimum kuvvete ulaştıkları görülmüştür.
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.
Çinko borat katkılı polimer kompozit zırh malzemelerin üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Teknoloji dünyasındaki gelişmeler, radyasyonun birçok alanda yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Bu sebepten dolayı, radyasyonun faydaları ile birlikte zararları da ortaya çıkmıştır. Radyasyondan yararlanırken zararını da en aza indirme ihtiyacı birçok araştırmanın başlığına konu olmuştur. Radyasyondan korunmak için çok sayıda yöntem vardır. Radyasyon zırhlama korunmak için en önemli yöntemlerin başında gelir. Radyasyonun çeşidine bağlı olarak zırhlama malzemeleri de çeşitlilik arz etmektedir. Malzemenin yoğunluğu, toksik özellik gösterip göstermemesi, hafifliği, esnekliği, maliyeti ve kolay elde edilebilir olması gibi özellikleri zırhlama malzemesi seçiminde etkilidir. Malzemelerin bu vasıflarından hareketle yola çıkılarak literatürde üzerinde çalışılan seramik, cam, çelik, beton ve polimerler sınıfından pek çok malzeme mevcuttur. Bu çalışmada ise çinko borat katkılı polimer kompozitlerin nötronlar ve gama ışınlarına karşı zırhlama özelliği araştırılmak istenmiştir. Çalışma kapsamında termoplastik poliüretan (TPU) malzemeye sırasıyla %5, %10, %20, %30, %40 ve %45 oranlarında çinko borat ve polipropilen (PP) malzemeye ise sırasıyla %5, %10 ve %20 oranlarında çinko borat katkılandırılmıştır. Numunelerin kütle azaltma katsayıları sırasıyla 31, 59,5, 81, 276, 302, 356, 384, 661,6 1172 ve 1332 keV enerji değerlerinde hem deneysel hem de XCOM programı ile teorik olarak hesaplanmıştır. Nötron doz ölçümlerinden faydalanılarak deneysel makroskopik tesir kesitleri hesaplanmıştır. Ayrıca numunelerin çekme dayanımı, elestisite modülü ve kopma uzaması gibi mekanik özellikleri test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar hem TPU hem de PP örnekleri için 31, 59,5 ve 81 keV enerji değerlerinde artan katkı oranı ile kütle azaltma katsayılarının arttığı gözlenmiştir. Enerjinin artan değerlerinde çinko borat oranının artmış olmasının kütle azaltma katsayıları bakımından çok anlam ifade etmediği görülmüştür. Genel olarak nötron doz transmisyonu değerlerinin artan numune kalınlığı ve artan katkı oranına bağlı olarak azalma eğiliminde olsa da katkı maddesinin homejen olmayan dağılımına atfedilebilecek anomalilerin oluştuğu net bir şekilde gözlenmektedir. Öte yandan artan katkı oranına bağlı olarak çekme dayanımı ve kopma uzaması gibi numunelerin mekanik özellikleri azalış gösteriken, elastiklik modülünün artış gösterdiği gözlenmiştir. Sonuç olarak gerçekleştirilen analiz ve testler göstermiştir ki; çinko borat katkılı TPU ve PP örneklerinin nötronlar ve x-ışınları/düşük enerjili gama ışınları için alternatif bir zırh malzemesi olabilme potansiyeli vardır.
Elektromanyetik kalkanlama özelliğine sahip termoplastik kompozitlerin üretilmesi
21. yüzyılın teknolojisindeki gelişmeler ile hayatımıza girerek vazgeçilmez olan akıllı cep telefonları, elektronik aletler, elektrikli araçlar, kablosuz internet ağları, uydu, radar, iletişim veya sensör sistemleri insan yaşamını kolaylaştırırken, bu cihazların yaydığı elektromanyetik (EM) radyasyonların insan sağlığına olumsuz etkileri giderek artmaktadır. Ayrıca elektromanyetik girişim olayı da cihazların sağlıklı çalışmasını engellemektedir. Son yıllarda, toplumun bu konuda bilinçlenmesi ve ilgili kurumların EM girişimi önleme ve elektromanyetik alana maruz kalma sınırları üzerine yönerge ve standartlar yayınlamasıyla elektromanyetik kalkanlama yapan malzemelerin önemi artmıştır. Elektronik cihazlar, sistemler ve araçlarda yaygın olarak kullanılan termoplastik malzemelerin hem geri dönüştürülebilir hem de EM kalkanlama (EMK) özelliğine sahip olması, çevre problemlerinin azaltılması, insan sağlığı ve cihaz güvenliği açısından kritik bir önem kazanmıştır. Bu tezin amacı, geri dönüştürülebilir termoplastik bir polimer olan poli(bütilen teraftalat) (PBT) matris ile nikel kaplı karbon elyaf ve titanyum dioksit-nikel kaplı karbon elyaf takviyeler ile matriste TiO2 nanopartiküllerinin katkı olarak kullanıldığı, elektronik cihazlarda, otomotiv, havacılık, savunma sektörlerinde kullanım alanı bulabilecek, EMK özelliğine sahip kompozitler geliştirilmesidir. Bu tez çalışmasında, öncelikle, elektrodepozisyon yöntemi ile karbon elyafa nikel ve TiO2-Nikel kaplaması yapılması için optimum kaplama parametreleri belirlenmiştir ve kaplanan karbon elyafların elektriksel, morfolojik, yapısal özellikleri incelenmiştir. Sonrasında, nikel ve TiO2 nanopartikülleri ile kaplanmış kesikli karbon elyaflar, PBT polimeriyle çift vidalı ekstrüder kullanılarak karıştırılmış ve enjeksiyon kalıplama yöntemi ile kompozit test plakaları üretilmiştir. Katkı tiplerinin ve oranlarının, geliştirilen kompozitlerin termal, mekanik, elektriksel özellikleri ve EMK etkinliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Son kısımda ise, matrise eklenen TiO2 nanopartiküllerinin etkisini inceleyebilmek için; PBT granüllere TiO2 nanopartikülleri kaplanmış, sonrasında nikel kaplanmış karbon elyaflar ile çift vidalı ekstrüder kullanılarak karıştırılmış ve enjeksiyon kalıplama yöntemi ile kompozit test plakaları üretilmiştir. TiO2 nanopartikül miktarının ve katkı tiplerinin, üretilen kompozitlerin termal, mekanik, elektriksel özellikleri ve EMK etkinliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak, 3 mm kalınlığa sahip, ağırlıkça %30 oranında TiO2-Nikel kaplanmış karbon elyaf içeren PBT kompozitleri ile 8 - 13 GHz frekans aralığında, ortalama 55,1 xxi dB (%99,9997) EMK etkinliği elde edilirken; 500 MHz - 4 GHz frekans aralığında ortalama 18,4 dB (%98,4151) EMK etkinliği elde edilmiştir. TiO2 nanopartiküllerinin, karbon elyaflara nikel ile birlikte kaplanması yerine, matriste dağılmış halde kullanılmasının hem düşük frekans (500 MHz - 4 GHz) hem de yüksek frekans aralığında (8 - 13 GHz) EMK özelliğine daha fazla katkısı olduğu sonucuna varılmıştır. 3 mm kalınlığa sahip, ağırlıkça %20 oranında nikel kaplanmış karbon elyaf içeren PBT kompozitine, ağırlıkça %3 oranında TiO2 eklenmesiyle, 8 - 13 GHz frekans aralığındaki ortalama EMK değeri, %18,2 oranında artış göstererek, 44,1 dB (%99,9961)'den 51,7 dB'e (%99,9994) yükselmiştir. Ayrıca, %30 oranında nikel kaplanmış karbon elyaf içeren PBT kompozitinin EMK değerine (56,0 dB, %99,9997) yakın bir etkinlik elde edilmiştir. TiO2 nanopartiküllerinin katkısıyla, daha düşük ağırlığa ve yoğunluğa sahip kompozit ile 8-13 GHz frekans aralığında yüksek EMK etkinliği sağlanmıştır. Elektriksel iletkenlik ve manyetik özelliğe sahip nikel kaplanmış karbon elyaflar ve dielektrik özelliğe sahip TiO2 nanopartikülleri arasında sinerjik bir etki olduğu sonucuna varılmıştır. Geliştirilen kompozitler, elektrik-elektronik, otomotiv, havacılık, savunma sanayinde elektromanyetik kalkanlama uygulamalarında kullanılabilecektir.
Araç NVH performansının iyileştirilmesi için kompozit malzemelerin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
Bu yüksek lisans tezinde, keçe ve tela malzemelerinin ses özelliklerini iyileştirmek amacıyla, aralarına eklenen polimer katmanlarla kompozit keçeler üretilmiştir. Çalışmada, Formfleks Otomotiv Yan Sanayi ve Ticaret A.Ş tarafından sağlanan özel formüllü keçe ve tela malzemeleri kullanılmıştır. Ara katman olarak seçilen polimerler arasında PVA, Kitosan, Hidroksietil selüloz, Karboksimetil selüloz ve Polieterimid yer almıştır. Ayrıca, magnezyum hidroksit, alüminyum oksit, barit, EVA kırma ve EPDM gibi yardımcı kimyasallar kullanılmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında, ana polimer malzemelerinden oluşan kompozit keçeler 180 °C, 1 dakika ve 15 bar koşullarında formlanmıştır. Formlanabilirlik testleri sonucunda, %100 Karboksimetil Selüloz ve %100 Polieterimid polimerlerinin formlanamadığı gözlemlenmiştir. Diğer polimerlerin formlanabilirlikleri olumlu sonuçlar vermiştir. İkinci aşamada, oluşturulan kompozit keçelerin kalınlıkları ölçülmüştür. Ölçüm sonucunda keçe kalınlıklarının eşit olduğu görülmüştür. Kalınlıkların eşitliği, ses enerjisinin kaybını en aza indirmek açısından önemlidir. Üçüncü aşamada, ses testleri empedans tüpü kullanılarak gerçekleştirilmiş ve yüksek frekansta (2000-6000 Hz) ses absorbsiyonu değerlendirilmiştir. PVA polimerinin ses absorbsiyonunda negatif etkileri olduğu ve bariyer işlevi görmediği gözlemlenmiştir. Ancak, %0,5 alüminyum oksit katkılı PVA kompozit keçesi, en yüksek ses absorbsiyon sonucunu vermiştir. Bununla birlikte, %95 PVA ve %0,5 EPDM ile yapılan kompozit keçeler düşük ses absorbsiyonu değerleri sergilemiştir. Transmission loss (iletim kaybı) testleri, rijit yapılı malzemelerin daha iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir. En iyi sonucu, %95 PVA ve %0,5 katkılı kırma kompozit keçe sağlamıştır. Kitosan ve Hidroksietil Selüloz kompozit keçelerinde, alüminyum oksidin poroziteyi artırarak ses absorbsiyonunu iyileştirdiği belirlenmiştir. Son olarak, alüminyum oksit oranının düşürülmesi ile en yüksek ses absorbsiyonu değeri elde edilmiştir. Odor ve Glow Wire testleri, otomotiv sektörü için önem arz eden güvenlik ve koku özelliklerini değerlendirmek amacıyla yapılmıştır. Odor testi, tüm numunelerin fark edilir, itiraz edilemez olduğunu göstermiştir. Glow Wire testi sonucunda, kompozit keçelerin otomotiv standartlarına uygun olduğu güvenlik ve kalite standartarını karşılama potansiyelinin olduğu doğrulanmıştır. Bu çalışma, farklı polimer ve katkı malzemelerinin ses yalıtımına sahip olma özellikleri ayrıntılı ve kapsamlı ve sistematik bir şekilde ortaya koymayı amaçlamaktadır.
Titanat bağlayıcı ajanının odun tozu katkılı sert poliüretan köpük kompozitlerin özelliklerine etkisinin araştırılması
Poliüretan, kauçuğa alternatif bir malzeme olarak keşfedilmiş olup, iki ana madde olan poliol ve izosiyanatın reaksiyonuyla oluşmaktadır. Zaman içerisinde poliüretan malzemeler çeşitlenmiş ve özellikle yalıtım amacıyla sert poliüretan köpük sistemleri (PU) üretilmiştir. Genel yapılarında köpük hücreleri kapalıdır. Kimyasal yapılarından dolayı yanma dirençleri düşük ve termal bozunma eğilimleri yüksek olduğundan uygulama alanları sınırlıdır. Soğutucular, iç ve dış yalıtım gibi amaçlarla kullanılabilirler. Bu çalışmada PU köpük kompozit yapı içerisinde en az bir biyomalzeme kullanarak biyokompozit malzeme üretilmesi amaçlanmaktadır. Bu anlamda, odun tozu katkılı sert poliüretan köpük kompozit elde edilmesi planlanmaktadır. Bu amaçla, odun tozu olarak ıhlamur, kayın ve orta yoğunluklu lifli levha (MDF) tozlarının kullanılması hedeflenmiştir. Ayrıca, elde edilen köpük kompozit yapıların özellikle daha yüksek mekanik özelliklere sahip olabilmesi açısından titanat (Ti) bağlayıcı ajan ile odun tozları kaplanacaktır ve böylece çift aşamalı üretim gerçekleştirilecektir. Titanat bazlı bağlayıcı maddeler, titanyum içeren organometalik ara yüzey kimyasallarıdır ve polimerik kompozitleri güçlendirmek için kullanılırlar. Kompozitlerin mekanik özelliklerini geliştirirler ve kompozitlerin nem direncini arttırabilirler. Elde edilen ürünlerin kimyasal yapıları, mikroyapıları, ısıl özellikleri ve mekanik özellikleri incelenecektir. Elde edilen numunelerin test sonuçları değerlendirildiğinde FTIR sonuçlarında titanat ile kaplanmış ıhlamur, kayın ve MDF tozu katkılı PU köpük kompozitlerin spektrumları katkısız sert PU köpük ile benzer pikler sergilediği görülmektedir. PU köpüğe eklenen katkıların köpük ile etkileşime girmediği anlaşılmaktadır. Ayrıca, kaplama yapılmadan eklenen ıhlamur ve kayın tozları PU köpük yapısını daha iletken hale getirirken, titanat kaplı ıhlamur ve kayın tozlarının PU köpük yapısını daha yalıtkan hale getirmiştir. Buna karşın, MDF katkısı PU köpük yapısını daha iletken hale getirmiştir. İlaveten, ıhlamur katkılı PU köpük numunelerin çekme değerleri incelendiğinde yapıya katkı eklendiğinde değerlerde düşüş olduğu, kopma uzaması değerinde ise ağırlıkça %20 ve %30 numunelerde artış gözlenmiştir. Özellikle, titanat kaplı ıhlamur katkılı PU köpük numunelerde kopma uzaması değerindeki artış ağırlıkça %20 ve %30 numunelerde önemli ölçüde yükselmiştir. Kayın katkılı PU köpük numunelerin çekme değerleri incelendiğinde yapıya kaplamasız katkı eklendiğinde değerlerde %5-%20 bandında artış olduğu gözlenmiştir. Kopma uzaması değerinde ise kaplamasız ve Ti kaplı kayın katkılı numunelerde özellikle ağırlıkça %20 ve %30 numunelerde belirgin oranda artış gözlenmiştir. MDF katkılı SPK numunelerde yapıya kaplamasız katkı eklendiğinde değerlerde ağırlıkça %5 katkı oranında artış olduğu ancak katkı miktarı arttıkça düşüş yaşandığı, Ti kaplamada kaplamasız numunelere göre çekme değerlerinde artış olduğu gözlenmiştir. Katkılar genel olarak katkısız PU köpüğe kıyasla hücre çapının düşmesine sebep olmuştur ancak Ti kaplamalı numunelerde kaplamasız numunelere oranla çapının daha stabil kaldığı görülmüştür. Köpük içerisine eklenen katkılar çekirdeklenme noktası olarak görev almış ve bu nedenle oluşan gözenek sayısının artmasına sebep olmuştur.
Çam odunu tozu içeren geri dönüştürülmüş polipropilen ve farklı katkılar ile hazırlanan hibrit kompozitlerin özelliklerinin değerlendirilmesi
Son yıllarda atıkların geri dönüştürülmesi ve yeniden kullanılmasına yönelik çalışmalar hızla artmaktadır. Hem ekolojik hem de ekonomik faydalar, geri dönüştürülmüş malzemelerin daha fazla kullanılmasına yol açmaktadır. Plastik endüstrisinde yaygın olarak kullanılan polimerlerden biri de polipropilendir. Geri dönüştürülmüş polimerler, teknik özelliklerinin azalması nedeniyle otomobil, tekstil ve ambalaj gibi sektörlerde yüksek oranlarda kullanılamamaktadır. Bu nedenle geri dönüştürülmüş malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesi ve plastik malzemelere doğal katkılar ekleyerek plastik miktarını azaltmaya yönelik çalışmaların yapılması ile yeni malzemelerin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmanın amacı çam odunu tozu ve talk içeren geri dönüştürülmüş polipropilen (R-PP) ile plastik ektrüzyon yöntemi üretilen odun plastik kompozitlerin içerisine farklı oranlarda kalsiyum karbonat eklenerek elde edilen hibrit kompozitlerin özelliklerinin incelenmesidir. Çalışmanın sonucunda polipropilen ve doğal çam odunu tozu ile plastik miktarını azaltarak daha çevreci kompozitler üretilmesi ve kalsiyum karbonat ile otomotivde kullanabilecek özelliklere sahip hibrit kompozitlerin sektöre kazandırılması hedeflenmiştir. Kompozitlerin üretimi ekstrüzyon ve enjeksiyon olarak iki aşama ile üretilmiştir. İlk olarak, talk içeren geri dönüştürülmüş polipropilen ve mikronize çam odunu tozu çift vidali ekstrüder ile homojen olarak karıştırılıp granül hale getirilip kompozit üretimi yapılmıştır. İkinci aşamada ise üretilen kompozitin içerisine kalsiyum karbonat (ağırlıkça %5-20) eklenerek enjeksiyonlu kalıplama yöntemi ile şekillendirilmiştir. Üretilen hibrit kompozitlerin çekme, eğilme, darbe testi, yük altında eğilme sıcaklığı (HDT), Vicat yumuşama sıcaklığı, yoğunluk, eriyik akış indeksi ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) tayini yapılarak özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda çam odunu tozu ilavesinin kompozitlerin viskozite ve yoğunluğunu arttırdığı tespit edilmiştir. Çam odunu tozu ve kalsiyum karbonat katkısının çekme mukavemeti, kopma gerilmesi, eğilme modülü ve eğilme mukavemetini arttırırken kopma noktasındaki birim uzama ve darbe dayanımını düşürdüğü görülmüştür. Kompozitlerin termal dayanımlarının odun tozu ilavesiyle iyileştiği ve erime sıcaklıklarının değişmediği belirlenmiştir.
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.
A research on effect of pistachio shell on the mechanical properties of composite material
In the current study, the effect of micro-scale content of natural particle (pistachio shell) on the mechanical properties of polyester matrix composites is experimentally investigated. The particle contents of pistachio shell are 0, 5, 10, 15, 20 and 25 wt%. The tensile, flexural, and charpy impact tests were carried out on the moulded composite specimens according to ASTM and ISO standards. Good dispersion of pistachio shell particles in polymer matrix was observed using SEM micrographs. It is observed that the mechanical properties of polyester composite is increased with the increasing of pistachio shell particle content. The highest tensile strength, flexural strength, and impact strength was obtained at pistachio shell particle content of 10, 5, and 5 wt%, respectively.
Investigation of the effect of nanoparticles on adhesion of single lap joints in composites
Adhesively bonded joints of fiber-reinforced polymer structural components offer numerous advantages, including high strength and high stiffness-to-weight ratios, good fatigue and corrosion resistance, and high-energy absorption capacity, all of which make them more efficient compared to mechanical fasteners. Many techniques have been used to strengthen ABJs such as use of fillers, hybrid joints, and co-cured joints. The vast majority of studies have been focused on using filler materials for technical and economical reasons. In this study, three types of Nano-fillers (Nano-clay, Nano-silica and Nano-graphene) were used to reinforce epoxy resin. Based on weight content of epoxy; clay, silica, and graphene were added by (1, 2, 3, and 5 %), (1, 2, and 3 %), and (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 %), respectively. Glass fiber reinforced polymer plates produced commercially were used as adherends. The experimental results obtained from lap shear test and 3-point bending test, have demonstrated that the three types of Nano-fillers positively affected the joint strength. The highest improvement in shear and flexural strength was obtained by adding graphene particles as 145% and 100%, respectively. As the joint strength increased with the Nano-particle inclusion, the adhesive failure mode of the neat epoxy joints was changing to more and more progressive mode. The most important failure mode was observed in the fracture surfaces of the joints prepared with graphene particles.
Kenevir lifi takviyeli polimer kompozitlerde lif/matris arayüzünü iyileştirmek için yeni selüloz-ester türevinin sentezi: Kompozit özelliklerinin araştırılması
Doğal lif takviyeli kompozitler, çevre dostu, biyolojik olarak parçalanabilir ve geri dönüştürülebilir malzemeler olması sebebiyle büyük ilgi görmektedir. Kenevir lifi, üstün mekanik özellikleri nedeniyle birçok sektörde kullanılmaktadır. Diğer doğal lifler gibi, kenevir lifleri de polimer matrislerle arayüz bağlarını iyileştirmek ve hidrofilik karakterlerini azaltmak için bazı kimyasal modifikasyonlara ihtiyaç duymaktadır. Bu tez kapsamında kenevir lifi takviyeli kompozitlerde zayıf lif/matris arayüzünün iyileştirilmesi amacıyla mikrodalga reaksiyon koşullarında asetil ve kapriloil selüloz esterleri sentezlendi. Asetil klorür modifikasyonlarında (AC) işlemsiz numuneye göre çekme mukavemeti %38,5'e kadar, eğme mukavemeti ise %44,3'e kadar artış göstermiştir (H-AC-15). CC grubu numunelerde ise en yüksek çekme mukavemeti %39 artışla H-CC-15'te elde edilmiş, eğme mukavemeti ise UT'ye kıyasla %53,4 artmıştır. Temas açısı ölçümleri, modifikasyonların lifin yüzeyini hidrofob hale getirdiğini göstermiştir. Su alımı sonrası yapılan eğme testleri, yüzey modifikasyonunun çevresel dayanım üzerinde doğrudan etkili olduğunu ortaya koymuştur. UT numunesinde su alımı sonrası eğme dayanımı %35 oranında azalırken özellikle H-CC-15 numunesi %18,5 ile en düşük mukavemet kaybını göstermiştir. SEM analizleri de bu bulguları desteklemiş, arayüzde gözle görülür iyileşmeler gözlenmiştir.
Yetersiz betonarme kolon-kiriş birleşim bölgesinin deneysel olarak güçlendirilmesi
Deprem esnasında, yapıların enerji dağılımı ve süneklik kapasiteleri, yük aktarımının gerçekleştirildiği kolon-kiriş birleşimlerinin performansına bağlıdır. Yetersiz donatı detayı ve dayanıma sahip birleşim bölgelerinde görülen kesme göçmesinin birçok yapının yıkılmasına neden olduğu araştırma raporlarında belirtilmektedir. Bu nedenle, yapısal güvenliğin sağlanabilmesi için birleşimlerin güçlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, yetersiz kesme dayanımına sahip betonarme iç kolon-kiriş birleşimlerinin, oluk açma ve delik-epoksi ankraj yöntemleri kullanılarak CFRP kumaşlar ile güçlendirilmesi araştırılmıştır. CFRP kumaşların sıyrılma davranışı, güçlendirmenin verimliliğini ciddi derecede etkilemektedir. Uygulanan yeni güçlendirme yöntemleri ile sıyrılmanın ertelenerek, birleşimlerin kesme kapasiteleri ve sismik davranışlarının iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Tez, deneysel ve numerik, 2 farklı çalışmadan oluşmaktadır. Deneysel çalışmada, kesme kapasitesi yetersiz olarak tasarlanan 1/2 ölçekli betonarme iç kolon-kiriş birleşimleri üretilmiştir. Çeşitli hata ve eksikliklere sahip, 1 adet referans ve 5 adet güçlendirilmiş numune, deplasman kontrollü çevrimsel yüklemeye maruz bırakılmıştır. Oluk açma ve delik-epoksi ankraj güçlendirme yöntemlerinin erken sıyrılmayı önlemedeki etkinliği ve birleşimlerin genel performansına katkısı araştırılmıştır. Numunelerin hasar durumları gözlemlenmiştir. Numerik çalışmada, kolon-kiriş birleşimlerin sayısal modelleri ABAQUS programı kullanılarak geliştirilmiş ve sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiştir. Önerilen modeller, deneysel sonuçlar kullanılarak doğrulanmış ve numunelerin yük-deplasman davranışları tahmin edilmiştir. Numunelerin, deney sonu çatlak dağılımları ve göçme modları değerlendirilmiştir. Oluk açma ve delik-epoksi ankraj yöntemleri, arayüzey bağ dayanımını arttırarak, CFRP kumaşlardaki sıyrılmayı önemli ölçüde geciktirmiştir. Güçlendirilen numunelerde görülen kesme göçmeleri, ileri deplasman seviyelerine ertelenmiştir. Yeni yöntemler, numunelerin yük taşıma ve enerji tüketimi kapasitelerini referans (REF) numuneye göre sırasıyla %64 ve %104'e kadar arttırmıştır. Sonuçlar, oluk açma ve delik-epoksi ankraj yöntemlerin, numunelerin sismik performansını iyileştirmede başarılı olduğunu ortaya çıkarmıştır. Oluk açma ve delik-epoksi ankraj yöntemlerinin dıştan yapıştırma yöntemi (EBR) karşısındaki üstünlüğü kanıtlanmıştır.