Mechanical and chemical properties of nanoparticle-coated e-glass fibers for composites applications

Cam elyaflar, üstün mekanik özellikleri ve maliyet etkinliği nedeniyle elyaf-kompozit alanında en yaygın kullanılan takviye malzemelerdir. Kompozitlerin mekanik ve kimyasal özellikleri büyük ölçüde takviye malzemelerine bağlıdır. Kompozitlerin performansını artırmak için cam elyaf gibi takviye malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu tezde, E-cam elyafların mekanik ve kimyasal özellikleri, elyafların metal oksit nanoparçacıklar ile kaplanmasından sonra incelenmiştir. Bu işlemin bir parçası olarak, E-cam elyaflar titanya (TiO2), silika (SiO2) ve zirkonya (ZrO2) nanoparçacıkları kullanılarak hazırlanmış nanoparçacık çözeltilerine daldırıldı ve kaplama işlemi gerçekleştirildi. Mikroskobik ve spektroskopik analizler sayesinde elyafların yüzeyinde nanopartiküllerin varlığı kanıtladı. Kaplamanın etkisini ve elyaf yüzeyi üzerindeki nanoparçacıkların konsantrasyonunu görmek için çıplak (hiçbir yüzey kaplaması olmayan) ve nanoparçacık kaplı elyaflar üzerinde çekme testleri yapılmıştır. Weibull istatistiksel analizi, stresin E-cam elyaflarının bozulma olasılığı üzerindeki etkisini görmek için çıplak ve kaplanmış elyaflar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Çekme mukavemetinin elyaf yüzeyinin ayna bölgesi üzerindeki etkisini görmek için E-cam elyafları üzerinde fraktografik bir çalışma da yapılmıştır. Ek olarak, yüksek alkali ortamda elyafların özdirencini görmek için kimyasal analiz de yapılmıştır. Sonuçlar, TiO2 nanoparçacıkları ile kaplanmış cam elyafların, daha düşük bir kırılma olasılığı sağlayarak elyafların gerilme mukavemetini %11,7'ye kadar iyileştirdiğini göstermektedir. Öte yandan, SiO2 nanoparçacıklar ile kaplamanın, kaplama kalitesinin düşük olması nedeniyle elyafların mukavemeti üzerinde biraz olumsuz etkisi olmuş, bu da çekme mukavemetinde bir düşüşe ve başarısızlık olasılığında artışa yol açmıştır. Ayrıca, ZrO2 nanoparçacıklarının alkali ortamda 4 güne kadar kalarak cam elyafların korozyona karşı direnç sağlamasında etkili olduğu görülmüştür. Nanoparçacık kaplı E-cam elyafların gelecekte çeşitli endüstriyel uygulamalar için cam elyaf takviyeli kompozitlerin mekanik ve kimyasal özelliklerini iyileştirmesi beklenmektedir.