Elektrostatik floklama tekniği kullanılarak katmanlı kompozitlerin arayüz tokluğunun geliştirilmesi

Fiber takviyeli kompozit malzemeler, düşük özgül ağırlıkları yanında yüksek mukavemet göstermektedir. Bu nedenle kullanım alanları gün geçtikçe artmaktadır. Tabakalı kompozitlerin kullanım ömrüne etki eden delaminasyon problemine çözüm üretmek önem kazanmıştır. Çözüm olarak, arayüzdeki gevrek matrise; toklaştırıcı parçacık veya tabakalara paralel ek film veya fiberlerden oluşan tül tabakası eklenmesi önerilmektedir. Tabakalara dik yönde boydan boya uygulanan z-pimleme metodu ise bir diğer yöntemdir. Tülleri oluşturan nanofiberlerin veya pimlerin çatlak ilerlemesi sırasında bitişik tabakalar arasında köprüleme mekanizmalarını etkinleştirdiği bilinmektedir. Benzer amaç için, mekanizma olarak z-pimleme metoduna benzetilebilecek, ancak eklentinin yapıldığı yer olarak tül eklemeyle benzeşen, elektrostatik floklamayla; arayüze dik olarak küçük fiber parçalarının (flok) yerleştirilmesi denenmiştir. Daha önceki çalışmalarda, katmanlar arası modifikasyonda daha kısa Naylon 66 (N66) flokların kullanılmasının olası avantajı, 1.3 mm boyunda floklar kullanılarak gösterilmiştir. Bu çalışmada; floklama işleminde, epoksi emdirilmiş karbon fiber kumaşın (prepreg) örgü "tepe ve olukları" nın boyut ölçeğine yaklaşan flokların kullanılmasının, flokların dikey köprüleme konumundaki etkinliklerini arttırabileceği öngörülmüştür. Ayrıca literatürde daha önce arayüze yerleştirilen ticari flokların yüzeylerine, matris – flok etkileşimini arttırmak üzere bir işlevselleştirme işlemi uygulanmamıştır. Çalışma kapsamında; 0.4 mm boyundaki 0.9 dtex N66 floklar, herhangi bir yüzey modifikasyonu olmadan ya da bir amino silan molekülüyle işlevselleştirildikten sonra, floklama sırasında uygulanan farklı voltaj, süre ve uzaklık değerleriyle, prepreg yüzeylerine değişen yoğunluk ve dikliklerde yerleştirilmiştir. Flokların yüzey alan yoğunluğunun kontrolünde ve maksimum diklik oranlarının elde edilmesinde toplam uçuş mesafesinin diğer işlem parametrelerinden daha etkin olduğu tespit edilmiştir. Oluşturulan kompozitlerin Mod I arayüz toklukları belirlenmiştir. En yüksek artışların sağlandığı, işlevselleştirilmiş N66 floklarla üretilmiş kompozitlerde, flok eklenmemiş referans numunesine göre GIC başlangıç ve GIC ilerleme değerinde, sırasıyla %18 ve %35 artış elde edilmiştir. Çift ankastre kiriş (DCB) testi sonrası ayrılma yüzeylerinin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri incelendiğinde; N66 flokların çatlak ilerlemesine karşı bağaçımı mekanizmasını etkinleştirdiği, ancak matris epoksisiyle yetersiz bir kimyasal etkileşim göstermeleri nedeniyle, kolay sıyrılmaya açık hale geldikleri görülmüştür. Diğer yandan, yüzeyleri donanmış floklardaki amino işlevsel gruplar bağaçımını zorlaştırmış ve bu zorlaşan bağaçımı ardına köprüleme pozisyonunda kopmalara yol açmıştır. Yüzey işlemi ve mekanik test prosedürüne yapılacak iyileştirmelerle, arayüz tokluk değerlerinde daha yüksek artışların sağlanması beklenmektedir