The investigation of advanced thermoplastic composite materials in aerospace applications

Yük taşıyıcı takviyeli kompozitlerin geliştirilmesi, havacılık, otomotiv, spor endüstrisi gibi geniş bir uygulama yelpazesi açısından önem arz etmektedir. Bu alanlar dikkate alındığında, performanstan ödün vermeden yapısal malzemelerin aşırı ağırlığının azaltılması gerekmektedir. Bu nedenle, kompozitlerde polimerik matrisler için takviye malzemelerinin (örn. karbon fiberler) kullanılması izlenecek en uygun yoldur. Bu çalışmada, termoplastik esaslı kompozitler için takviye malzemesi olarak karbon fiber (CF) kullanılmıştır. Çıplak CF'ler işlenemeyecek kadar kırılgan olduklarından, endüstriyel uygulamalar sırasında CF'lerin kırılganlığından kaçınılabilecek şekilde kaplanmaları / boyutlandırılmaları gerekir. Bu nedenle, karbon fiberlerin uygun metot ve malzemelerle kaplanmaları, CF'nin yüzeyini koruyarak hizmete girmelerini sağlamak için çok önemlidir. Bununla birlikte, geleneksel haşıl maddesi (yani epoksi), 300 ℃'nin üzerindeki yüksek işleme sıcaklıklarına sahip sürekli CF takviyeli termoplastik kompozitlerin (CFRTP'ler) işlenmesi için uygun değildir. Bu çalışmada, bu amaç için yeni bir haşıl maddesi geliştirilmiştir. Bu kaplamanın CF'lerin fizikokimyasal yanı sıra yüzey özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sonuç olarak, fiber-matriks interfaz davranışı üzerindeki etki incelenebilmektedir. Ayrıca, termoplastik esaslı kompozitler için temel problem olan takviyeli elyaf ve termoplastik matris arasındaki delaminasyon, yeni kaplama malzemesinin geliştirilmesiyle çözülebilir, böylece reaktif olmayan karbon elyaflar matris ile uyumlu hale getirilebilir. Bu tezde, karbon fiber yüzeyinin aktivasyonu, ardından fonksiyonel bir haşıllama ajanı ve CF ile termoplastik matriks (Polietereter keton) arasındaki uyumsuzluktan kaynaklanan mevcut boşlukları azaltmak için adezyonu arttıracak bir yöntem geliştirilmiştir. Bu nedenle, polietereter keton (PEEK) matrisi ile CF'nin ıslanabilirliği; CF'nin yüzey serbest enerjisi değiştirilerek, optimize edilmiş adezyon ile arttırılmıştır. Böylece, termoplastik esaslı kompozitlerdeki delaminasyon problemi, CF'lerin kaplanması yöntemiyle çözülmüştür. Bu çalışmanın ilk bölümünde, havacılık sınıfı ticari karbon fiberler üzerinde mevcut epoksi kaplamanın kaldırılması, ardından CF'lerin haşıl işlemine hazır hale getirilmesi için yüzey aktivasyon yönteminin uygulanması yer almaktadır. CF'leri çevreleyen mevcut epoksi kaplamanın bozunmasının ardından, CF'nin asidik modifikasyon ile yüzeyinde başarılı bir şekilde fonksiyonel kimyasal gruplar (COOH, OH) oluşturulmuştur. Sonuç olarak, geliştirilen haşıllama malzemeleri hidrojen bağı yoluyla CF'nin aktifleştirilmiş yüzeyine kolayca bağlanabilmektedir. İkinci bölümde, matris ile kimyasal uyumluluğu dikkate alınarak dört farklı polimerik haşıl malzemesi hazırlanmıştır. Kaplama yöntemine karar verildikten sonra yüzeyi aktive edilen CF'ler için daldırma yöntemiyle kaplama işlemi yapılmıştır. Saf ve işlenmiş CF'ler için kimyasal ve fiziksel analizler, mikroskobik ve spektroskopik tekniklerle gerçekleştirilmiştir. Kaplama işlemi sonucunda, Temas Açısı Analizi ve Young denklemine göre yüzey serbest enerji hesaplamaları ile matris ve takviye malzemesi arasındaki artan uyumluluk kanıtlanmıştır.