Hidrofobik dolgu içeren polimerik kompozitlerin uzun dönem su emme davranışlarının incelenmesi

Bu çalışmada, hidrofobik nano-silika katkısının epoksi ve poliester temelli Fiber Destekli Polimerik Kompozitler (FDPK)'in su emme davranışı üzerine etkisi 11 ay boyunca örneklerin fiziksel, kimyasal, mekanik ve termal özellikleri takip edilerek araştırılmıştır. Cam ve karbon kumaş takviyeli kompozit malzemelerin içindeki nano-silika oranı değiştirilerek örneklerin su emme profilindeki gelişmeler takip edilmiştir. Bu çalışmayı daha önceki çalışmalardan ayıran en büyük fark, kompozit malzemelerin uzun vadeli su emme davranışı üzerine hidrofobik nano dolguların etkisinin kimyasal, fiziksel, mekanik ve termal açıdan değerlendiren bir çalışma olmasıdır. Bildiğimiz kadarıyla literatürde kompozit malzemelerde hidrobik nano katkıların uzun süreli su emme davranışı üzerine etkisini kimyasal, fiziksel, mekanik ve termal boyutları ile inceleyen çok fazla çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışmayla, tanecik boyutunun, dolgu miktarını, reçine ve fiber türünün kompozit malzemenin su emme davranışı üzerine etkisi 11 ay boyunca örnekler saf su içine daldırılarak takip edilmiştir. Bu proje kapsamında elde edilen bulgular kompozit malzemelerde su hasarının önlenmesine ve diğer birçok uygulama için üstün özelliklerde yeni malzemelerin geliştirilmesine imkân sağlayacaktır. Bu çalışmada iki farklı tanecik boyutuna sahip nano silika (Aerosil R812 ve Aerosil R972) farklı oranlarda poliester ve epoksi reçine ile birleştirilerek 15x15 cm boyutunda karolar üretilmiştir. Üretim; 20x20 cm boyutundaki paslanmaz çelik kalıp içine bir parça yapışmayan film, onun üzerin 15x15 cm kumaş tabakası ve bu katmaların üzerine dolgu/reçine karışımı konularak gerçekleştirilmiştir. Karışımın üzerine yine bir tabaka fiber kumaş ve yapışmayan film konulduktan sonra 20x20 cm ebatlarındaki ikinci bir çelik plaka kalıp boşluğunun üzerine yerleştirilmiştir. Cam ve karbon fiber destekli örnekler 80 0C'de 1 saat kalıplanarak ve her bir örnekten iki adet üretilmiştir. Karoların 1x7 cm boyutlarında kesilmesiyle her bir örnekten toplam 48 adet test numunesi elde edilmiştir. Dolgu/reçine oranını ağırlıkça %3'ten başlayarak % 12'ye kadar artırılmış ve dolgu içeren örneklerin 3 nokta eğme dayanımı değerli dolgu içermeyen örneklerin 3 nokta eğme dayanımı değerleri ile karşılaştırılmıştır. Poliester matrisli kompozit malzemelere dolgu katkısının hem cam hem de karbon kumaş varlığında 3 nokta eğme dayanımını azalttığı, epoksi matrisli kompozitlerde ise bu etkinin kumaşın türüne göre değiştiği gözlenmiştir. Epoksi matrisli cam kumaş destekli kompozitlerde yapı içine dolgunun katılması 3 nokta eğme dayanımı değerini azaltırken, karbon kumaş destekli kompozitlerde ağırlıkça %3 ve %5 oranında nano silika katkısı mekanik özellikler üzerinde olumsuz bir etki yaratmamıştır. Bu yüzden analiz sayısı ve maliyetini kısıtlayabilmek için FTIR, SEM, DSC ve TGA analizleri yalnız %3 ve %5 oranında dolgu içeren epoksi matrisli karbon kumaş takviyeli kompozit örnekleri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Analiz ücreti gerektirmeyen su emme ve temas açısı ölçümleri için %3 ve %5 oranında dolgu içeren bütün örnekler plastik bir kap içinde su içinde daldırılmış ve her ayın sonunda test edilecek numunelerin ağılık değişimleri ve temas açıları ölçülmüştür. Benzeri deneyler, su içinde bekletilmemiş ve dolgu malzemesi içermeyen karbon ve cam fiber destekli 4 farklı malzeme için de tekrar edilmiştir ve böylece nano silika katkısının su emme davranışı üzerine etkisi anlaşılmaya çalışılmıştır. Sonuçlar su emme sonucu matris yapısının bozulduğunu ve hem dolgu maddesinin hem de kumaş liflerinin matristen koparak kompozitten ayrıldığını göstermektedir. Nano dolgu katkısının karbon kumaş takviyeli epoksi matris kompozitler dışında yapı içine konulması mekanik özellikleri olumsuz etkilemektedir. Dolgu oranının %5'in üzerinde çıkmasıyla benzeri etki karbon kumaş takviyeli epoksi kompozitlerde de görülmekte ve mekanik dayanım değerlerinde ciddi düşüşler meydana gelmektedir. Yüzeyden önemli ölçüde dolgu ve lif ayrılmalarının olması su emme ve temas açısı sonuçlarının değerlendirilmesini imkânsızlaştırmaktadır. Yalnız 11 ay sonundaki mekanik dayanım değerlerine bakıldığında %3'lük Aerosil R972 katkısının su hasarının engellenmesinde karbon kumaş takviyeli epoksi kompozitlerde en iyi sonucu verdiğini söylemek mümkündür.