Elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin fotopolimerizasyon ile üretimi

Yüksek performanslı mühendislik malzemelerinden olan elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitler, uzun kür süreleri ve yüksek enerji ihtiyacı gibi dezavantajlarından dolayı sınırlı kullanıma sahiptir. Fotopolimerizasyon, sıvı reçine sistemlerinin çapraz bağlı katı polimerlere dönüşümünü oda sıcaklığında düşük enerji tüketimi ile sağlayan hızlı, ekonomik ve çevreci bir polimerizasyon tekniğidir. Bu noktadan hareketle elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozitlerin hazırlanmasında fotopolimerizasyon tekniğinden yararlanılabileceği düşünülmüştür. Bu çalışmada, görünür bölge ışınları ile oda sıcaklığında kısa sürede kürlenen endüstriyel tip epoksi reçine (diglisidil eter bisfenol A ve diglisidil eter bisfenol F (DGEBA/F)) geliştirilmiş ve elyaf takviyeli kompozitlerin üretiminde kullanılmıştır. Bu amaçla, endüstriyel tip epoksi reçinenin derin kürlenmesi için fotopolimerizasyon sırasında üretilen ısının kullanımına dayanan radikal başlatılmış katyonik ön polimerizasyon (RICFP) tekniği seçilmiştir. Bu teknikte, yüzeyde gerçekleşen fotopolimerizasyon reaksiyonu sonucu açığa çıkan ısı enerjisi, formülasyondaki radikal başlatıcıyı aktive eder ve parça kalınlığı boyunca kürlenme sağlanır. Geliştirilen formülasyonda DGEBA/F esaslı bir epoksi reçine ile birlikte fotobaşlatıcı olarak iyodonyum tuzu, uyarıcı olarak tiyoksanton, hızlandırıcı olarak oksetan ve radikal başlatıcı olarak 1,1,2,2-tetrafenil-1,2-etandiol kullanılmıştır. Öncelikle hazırlanan formülasyonlara kalınlık, sertlik, kürlenme hızı ve mekanik özellikler açısından optimizasyon çalışması yapılmış ve görünür ışıkla en etkili kürlenen formülasyon seçilmiştir. Bu formülasyon FT-IR, DSC, TGA ve üç nokta eğme testleri ile karakterize edilerek özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra farklı elyaf formlarında (keçe, çok yönlü, dokuma) cam ve karbon elyaflar ile optimize edilmiş epoksi reçine formülasyonu kullanılarak el yatırması, vakum torbalama ve vakum infüzyon yöntemleriyle elyaf takviyeli kompozitler hazırlanmıştır. Bu kompozitler görünür bölge ışınları ile oda sıcaklığında 15 dakika gibi oldukça kısa sürede elde edilmiştir. El yatırması yöntemiyle hazırlanan cam elyaf takviyeli kompozitler diğer kompozitlere göre daha iyi kürlenme performansı göstermiştir. Bu kompozitlerin eğme, çekme ve kayma testleri gibi mekanik karakterizasyonları ilgili uluslararası standartlara göre yapılmış ve konvansiyonel yöntemle amin esaslı sertleştirici ile termal olarak kürlenen referans kompozitler ile karşılaştırılmıştır. Fotopolimerizasyon ile kürlenen kompozitler, referans kompozitler ile benzer mekanik özellikler göstermiştir. Kompozitlerin kırılma yüzeylerinin morfolojik analizi sonucu iyi bir elyaf-matris yapışmasının oluştuğu ve kırılmaların arayüzden meydana geldiği tespit edilmiştir. Ayrıca geliştirilen sistem ile bir prototip imalatı gerçekleştirilmiş ve geleneksel yöntem ile proses karşılaştırması yapılmıştır. Böylece endüstriyel tip epoksi reçinelerin fotopolimerizasyonla kürlenmesi ile elyaf takviyeli kompozitlerin performans kaybı yaşamadan, daha az enerji tüketimi, rekabetçi maliyet ve yatırımla kısa sürede üretilebileceği kanıtlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Fotopolimerizasyon, Epoksi reçine, Kompozitler, Hızlı kürlenme, Prototip