Havacılık uygulamaları için biyomonomer içeren ablatif aerojel kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu

Havacılık ve uzay görevlerinde kullanılan malzemeler atmosfere yeniden girişleri esnasında şiddetli aerodinamik ısınmalardan dolayı yüksek sıcaklık ve basınçlara maruz kalmaktadır. Termal koruma sistemleri (TPS), uzay aracının dış yüzeyinde meydana gelen aerodinamik ısıyı aracın iç kısmına iletilmesini ve yüklerin (insanlar ve yükler) bu ısıdan etkilenmesini önleyerek bir ısı yalıtımı sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, termal koruma sistemlerinde kullanılan ablatif polimerik kompozitler için matris malzemesi geliştirilerek kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitlerin ablasyon özellikleri ve ablasyon mekanizmaları incelenmiştir. Resorsinol-furfural reçinesi (FR), ilk önce çapraz bağ oranın etkisinin anlaşılması için farklı ağırlık yüzdelerinde hekzametilen tetramin ile sentezlenmiş sonra farklı ağırlık yüzdelerinde fenilboronik asit ile modifiye edilerek matris malzemeleri geliştirilmiştir. Matris malzemeleri, BET (Brunauer-Emmett-Teller), FTIR (Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi), TGA (Termogravimetrik analiz) ve DSC (Diferansiyel taramalı kalorimetre) yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Geliştirilen malzemelerin BET analizleri incelendiğinde artan çapraz bağ oranı ile arttığı fakat artan fenilboronik asit modifiyesiyle azaldığı bulunmuştur. FTIR pikleri incelendiğinde RF reçinelerin yoğun aromatik halkalara sahip olduğu görülürken, fenilboronik asit modifiyeli reçinelerde yeni boronat bağların oluştuğu görülmüştür. Matris malzemesinin borla modifiyelenmesi kömür verimini arttırmıştır. RF8 polimerinin kömür verimi 1000 °C'de %41,23 iken, ağırlıkça %25 fenilboronik asit ile modifiyelenerek hazırlanan matris malzemesinin (RFB25) kömür verimi %46,63 değerine çıkarılmıştır. Hazırlanan matris malzemeleri poliakrilonitril (PAN) temelli iğne ile delinmiş karbon fiber keçelere emprenye edilerek kompozitler üretilmiştir. Hazırlanan kompozitlerin SEM görüntüleri incelendiğinde RF matrisli kompozitlerde çatlak ve oyuk oluşumu gözlemlenirken, RFB matrisli kompozitlerde bu oluşumlar gözlemlenmemiştir. Ayrıca RFB matrisli kompozitlerde yer alan karbon fiber keçelerin üzerinde serbest fenilboronik asit parçacıkları olduğu görülmüştür. Kompozitlerin ablasyon özellikleri, oksiasetilen alev testi kullanılarak belirlenmiştir. Kompozitlerdeki fenilboronik asit ile modifiye edilmesi ile ablasyon direnci arttırılmıştır. RF8 matrisi ile hazırlanan kompozitin ortalama doğrusal ablasyon oranı (DAO), kütle ablasyon oranı (KAO) ve kömürleşme oranı (KO) sırasıyla 0,009 mm/sn,0,032 g/sn ve 0,235 mm/sn iken, en iyi ablasyon direncini sağlayan K-RFB25 kompozitinin DAO, KAO ve KO değerleri sırasıyla 0,007 mm/sn, 0,024 g/sn ve 0,165 mm/sn değerine düşürülmüştür. Kompozitlerin oksiasetilen testinde ön yüzeylerine gelen 2733,8-2070,9 °C sıcaklık değerine karşın arka yüzey sıcaklıkları 25,3-27,5 °C aralığında kalarak ısı bariyeri sağlamıştır.