Manufacturing, mechanical behavior and failure analysis of ultrasonic welded carbon fiber reinforced thermoplastic composites

Yüksek performans termoplastik kompozitlerin (TK) kullanım ihtiyacı, mükemmel mekanik özellikleri nedeniyle son yıllarda artmıştır. TK mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi gelecekteki mühendislik uygulamaları için umut verici olsa da, üretim teknolojisindeki sınırlamalar nedeniyle uygun imalat ve birleştirme tekniklerinin belirlenmesine büyük önem verilmelidir. Öte yandan, literatürde çeşitli kısa karbon elyaf takviyeli TK mekanik özelliklerinin incelenmesi ile ilgili bir çok araştırma olmasına rağmen, sıkıştırma kalıplama (SK) ve ultrasonik kaynak (UK) yöntemlerinin proses parametrelerinin malzemenin mekanik performansı üzerindeki etkileri hakkında bilgi eksikliği, bu tezin motivasyonu olmuştur. Buna göre, bu tez, SK ve UK işlem parametrelerinin kısa karbon elyaf takviyeli ABS kompozit malzemesinin farklı yük tipleri altında mekanik ve mikroyapısal özellikleri üzerindeki etkilerini değerlendiren iki aşamalı deneysel bir yaklaşım içermektedir. Mekanik testlere göre, kalıplanmış numunelerin çekme yönündeki tepkisi büyük ölçüde karbon elyaf içeriğine ve kalıplama sıcaklığına bağlıdır, darbe dayanım özelliği daha çok kalıplama basıncından etkilenmiştir. İlk aşamadan elde edilen girdi ile kalıplanmış numuneler kayma kuvveti altında kesme mukavemetini ortaya çıkarmak için üst üste bindirilerek ultrasonik kaynaklanmıştır. Deneyler sonucunda en yüksek 7.67MPa kesme mukavemet değerine ulaşılmıştır, ayrıca kaynak basıncı ile zamanının bu değeri etkileyen en önemli parametreler olduğu görülmüştür. Ek olarak, yüksek seviyelerdeki kaynak enerjisi kompozitte yapısal bozulmaya yol açtığı düşünülmektedir. Kalıplanmış ve kaynaklanmış numunelerin mekanik tepkisi, fiber-matris arayüzü dikkate alınarak kopmuş yüzeylerin analizi ışığında tartışılmıştır.