Vakum destekli el yatırma yöntemi ile üretilen Fe2O3 nano parçacık ilaveli tabakalı kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Tez çalışmasının ilk aşaması epoksi matrisin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesinde, en uygun Fe2O3 nanopartikül oranının tespiti yapılmak üzere, ağırlıkça farklı oranlarda (%0,5 – 4,0) nanopartikül ilaveli epoksi nanokompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesiyle yapılmıştır. Çekme testi sonuçlarına göre en uygun ilave oranının %0,5 olduğu görülmüş ve saf epoksiye göre %13,62 artışla en yüksek çekme dayanımı 85,52 MPa olarak elde edilmiştir. Daha yüksek ilave oranlarında ise çekme dayanımı ve statik tokluk değerleri bakımından bir düşüş olduğu gözlemlenmiştir. Çekme deneyi sonrası oluşan hasar yüzeyleri incelenmiş ve nanopartiküllerin sebep olduğu mukavemetlendirme mekanizmaları ile yüksek oranlarda meydana gelen kümeleşme durumu tespit edilmiştir. %0,5'den yüksek oranlarda meydana gelen düşüşlerin bu durumdan kaynaklı olabileceği düşünülmektedir. Bunların yanı sıra, termal özelliklerin incelenmesi için DSC ve TGA analizleri ve bağ yapılarının incelenmesi için FTIR analizi uygulanmıştır. Partikül ilavesinin epoksinin çapraz bağ yoğunluğunu etkileyerek termal kararlılığı iyileştirdiği ön görülmüştür. Ayrıca nanopartikülün epoksi matrisin jelleşme süresine etkisi incelenmiştir.Çalışmanın ikinci aşamasında ise en uygun ilave oranı kullanılarak Fe2O3 nanopartikül ilaveli cam elyaf takviyeli tabakalı kompozitler üretilmiş ve nanopartikül ilavesinin epoksi/cam elyaf sistemine etkisi incelenmiştir. İkinci aşamada üretim, uygulama açısından kolay bir işlem olan vakum destekli el yatırma yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. ASTM standartlarına göre uygun olarak hazırlanan tabakalı kompozit numuneler çekme ve 3-nokta eğme deneylerine tabi tutulmuştur. Çekme mukavemetinde saf epoksi matrisli tabakalı kompozite göre %21,43, statik tokluk değerinde %23,082 ve çekme uzamasında %6,28 oranında artış sağlanmıştır. Öte yandan çekme modülünde %18,75'lik bir düşüş gözlemlenmiştir. Üç nokta eğme testi sonucu ise saf epoksiye göre eğilme mukavemetinde %24,79 oranında düşüş elde edilirken, eğilme modulü değerinde %2,5 oranında bir artış elde edilmiştir. Son olarak tabakalı kompozitlerin kırılma yüzeylerinin SEM görüntüleri incelenmiştir.

The first stage of thesis study started with determining optimum proportion of Fe2O3 nanoparticle addition through investigating mechanical properties of nanoparticle reinforced epoxy nanocomposites which was reinforced with different proportions by weight (0.5 – 4.0%). According to tensile test results, optimum reinforcement value was found as 0.5% and maximum tensile stress was found 85.52 MPa with 13.62% increase compared to neat epoxy. In respect to tensile stress and static toughness values of nanocomposites which was reinforced with proportions more than 0,5% nanoparticle, decrements were observed. Fractured surfaces were investigated after tensile tests, nanoparticles' toughness effects was observed and agglomeration situation was predicted to be a reason for decrements at high addition proportions. In addition to this, DSC and TGA analysis to investigate thermal proporties of nanocomposites and FTIR analysis to investigate bond characterization of nanocomposites were applied. As a result, particle addition was predicted to cause improvements on thermal stability of nanocomposites through affecting cross-link density. Also, nanoparticle effect on gel time of epoxy is investigated. In the second stage of study, glass fiber reinforced laminated composites with addition of Fe2O3 optimum reinforcement value were produced and effect of nanoparticle addition on epoxy/glass fiber system was investigated. Producing of laminated composites at the second stage was made with vacuum assisted hand lay-up method, which is a easy to apply. Laminated composites specimens were prepared according to ASTM standards and following this, tensile tests and 3-point bending tests are applied. As a result of tensile test, there were 21.43% increase at tensile strength, 23.082% increase at static toughness and 6.28% increase at elongation when compared with laminated composite produced with neat epoxy matrix. On the other hand, 18.75% decrement observed at tensile modulus. According to three-point bending test, there were 24.79% decrease at flexural strength and 2.5% increase at flexural modulus when compared with laminated composite produced with neat epoxy matrix. Lastly, fracutred surfaces of laminated composite are observed.