Termal yaşlandırma ve termal yorulmanın yapıştırılmış cam fiber/epoksi kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, termo-oksidatif ve termal-yağ yaşlandırmanın, düşük hızlı düşey darbenin, sıcaklığın ve termal çevrim sebebiyle oluşan termal yorulmanın farklı karakteristik özelliklerdeki epoksi bazlı yapıştırıcılar ile tek bindirmeli olarak yapıştırılmış [0/90]8s oryantasyona sahip cam fiber/epoksi kompozit malzemelerin mekanik, termal ve iç yapısal özelliklerine olan etkileri araştırılmıştır. Çalışmanın ilk basamağında tek bindirmeli yapıştırılmış kompozit malzemelere, üç farklı sıcaklıkta (-18, 25 ve 70 °C) termo-oksidatif yaşlandırma ve farklı enerji seviyelerinde (0 – 30J) düşük hızlı düşey darbe uygulanmış ve mekanik özelliklerin tayini için yapılan çekme testleri de farklı sıcaklıklarda (-18, 25 ve 70 °C) yapılmıştır. İkinci aşamada, termal çevrim ile termal yorulma etkisi oluşturulmaya çalışılmış; tek bindirmeli kompozit numunelere, minimum -10 ila maksimum 80, 100 ve 120 °C arasında, aynı periyotlarda ve 1'den 50'ye kadar düzenli değişen sayılarda özel olarak oluşturulmuş bir deney düzeneğinde termal çevrim prosesi uygulanmıştır. Termal yorulmuş numuneler daha sonra mekanik karakterizasyon testlerine tabi tutulmuştur. Üçüncü ve dördüncü basamakta, tek tesirli yapıştırılmış kompozit numunelerin yük taşıma kapasitelerine ve kompozit malzemelerin termal, mekanik ve iç yapısal özelliklerine, -10 ila 140 °C arasında değişen sıcaklıklarda ve 1440 saate kadar uzayan sürelerde uygulanan termal-yağ yaşlandırma prosesinin etkileri araştırılmıştır. ASTM standartlarına uygun olarak üretilen, ölçülendirilen ve karakterize edilen kompozit malzemelerin termal özellikleri TGA, DTA ve DSC testlerinden elde edilmiş termogramlar ve verilerle, morfolojik özellikleri SEM analizinden elde edilmiş mikrograflarla ve mekanik özellikleri 1 mm/dk. hızında uygulanmış eksenel çekme testleri yardımı ile oluşturulmuş Yük – Deplasman grafikleri ile belirlenmiştir. Sonuç olarak; -18 °C'de termo-oksidatif yaşlandırılmış numunelerin yük taşıma kapasitelerinin arttığı, numunelere uygulanan düşük hızlı darbenin enerjisi arttıkça yük taşıma kapasitelerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, örneklerin yük taşıma kapasitelerinin genellikle termal döngü sayısı arttıkça azaldığı ancak, 30 kez ısıl döngüye maruz kalan örneklerin maksimum yük taşıma kapasitesine sahip olduğu fark edilmiştir. Bununla birlikte, uygulanan karakterizasyon testlerinin sonuçlarına göre; 10 °C'de termal-yağ yaşlandırmasına tabi tutulan kompozit ve yapıştırılmış kompozit numunelerin mekanik ve termal özelliklerinin genellikle iyileştiği söylenebilir.

In this thesis, influence of thermo-oxidative and thermal-oil ageing, low-velocity drop impact, high or low operating temperatures, thermal fatigue caused by thermal cycling on mechanical, thermal and morphological properties of E-glass fibre/epoxy ([0/90]8s) single lap composite joints bonded with different characteristic adhesives are investigated.In the first step of the work, thermo-oxidative ageing at three different temperatures (-18, 25 and 70 °C) and low-velocity impact at different energy levels (0 to 30J) are applied to composite joints and subsequently, tensile tests which are determinant of the mechanical behaviour are carried out at different temperatures (-18, 25 and 70 °C).Thermal fatigue effect was tried to be formed by thermal-oil cycling; the thermal cycling process is applied to single lap composite joints in a specially constructed experimental set at a minimum of -10 °C to a maximum of 80, 100 and 120 °C for same periods and with regularly varying numbers (1 to 50). Thermally fatigued joints are subjected to mechanical characterization tests in order to define load carrying capacities in the second step of the study.In the third and fourth steps, the effects of the thermal-oil ageing process which is applied at -10 to 140 °C for up to 1440 hours on the thermal, mechanical and morphological properties of the E-glass fibre/epoxy composites and on the load carrying capacities of adhesively bonded composite joints were investigated.The thermal properties, morphological characteristics and mechanical behaviours of the composites produced, dimensioned and characterized in accordance with ASTM standards are determined by thermograms and datas obtained from TGA, DTA and DSC tests, are detected by micrographs obtained from SEM analysis and are find out with single lap shear tests with a speed of 1 mm/min, respectively. As a consequence; it has been observed that the load carrying capacities of thermo-oxidative aged at -18 °C joints increase and the load carrying capacities decrease as the energy of the low velocity impact applied to the joints increases. It has also been found that the load carrying capacities of the specimens generally decrease as the number of thermal cycles increases, but that the specimens subjected to 30 cycles of thermal cycling have maximum load carrying capacity. However, according to the results of the characterization tests applied it can be concluded that mechanical and thermal properties of the composite and the bonded composite joints subjected to thermal-oil ageing at -10 °C are generally improved.