Karbon nanotüp katkılı alumina/epoksi nano kompozitlerin mekanik özellikleri ve düşük hızlı darbe deneyine cevabı

Abstract

Yalıtım malzemesi olarak kullanılan alümina kumaş elyaflar yüksek sıcaklıkta kullanabilmesine ve ısıl iletkenlikleri düşük olmasına rağmen rijit değildir. Nem absorbsiyon ve geçirgenlik oranları yüksektir. Bu çalışmada seramik ısı yalıtım örtüsü epoksi reçine ile kompozit haline getirilerek rijit, mukavemetli, nem geçirgenliği ve su absorbe etme özelliği düşük yeni bir kompozit yalıtım levhası tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Levhanın ısıl yalıtımının iyileştirilmesi amacıyla kapalı hücre yapılı köpük epoksi matris oluşturulmuştur. Yeterli oranda boşluk muhtevası ve morfolojisi oluşturmak için, alümina elyaflı dokuma takviye malzemesi olarak seçilmiş ve uygun reçine matris mikroyapısı elde etmek için Vakum İnfüzyon Yöntemi (VARTM) kullanılmıştır. Gözenekli matris mikroyapısının mekanik özelliklerini ve ısıl direncini arttırmak için epoksi reçine matrise ağırlıkça %0,1; %0,3; %0,5; %0,7; %1 oranlarında Çok Cidarlı Karbon Nano Tüp (ÇCKNT) ilavesi yapılmıştır. Reçine içerisinde ÇCKNT miktarı arttıkça nanokompozit malzemelerin gözenek miktarının da arttığı belirlenmiştir. Viskozite %50 artınca ısıl yalıtkanlık %28 artmıştır. Mekanik özelliklerin belirlenmesi için çekme, eğme, düşük hızlı darbe ve Dinamik Mekanik Analiz (DMA) deneyleri yapılmıştır. %0,1 ÇCKNT katkılı kompozit numunelerin çekme dayanımlarının katkısız kompozit numuneye göre yaklaşık olarak %42 oranında, eğme dayanımlarının ise yaklaşık olarak %50 oranında artış gösterdiği belirlenmiştir. Darbe deneylerinde karbon nanotüp etkisinin darbe dayanımını iyileştirdiği gözlemlenirken, DMA ile kompozitlerin camsı geçiş sıcaklıklarında artış gözlenmiştir. Isıl özelliklerin belirlenmesi için ısıl yalıtkanlık testleri yapılmıştır. Isıl yalıtkanlık testlerinde ÇCKNT katkılı numunelerin ısıl iletkenliklerinin yaklaşık olarak %28 daha düşük olduğu görülmüştür. Yakma deneyleri yapılarak elyaf hacim oranları belirlenmiş. Sonuç olarak yalıtım battaniyesi olarak kullanılan alümina kumaşların özellikleri ile üretilen kompozitlerin ısıl-mekanik özellikleri belirlenmiş ve bu özellikleri kıyaslanarak tartışılmıştır.

Although Alumina fabrics that are used as an insulation material has hot strength and thermal conductivity, they are not rigid. Their moisture absorbtion and permeability rates are high. In this study, design and manufacturing of a new composite insulation material which is rigid, resisting and has low rates of moisture absorbtion and permeability is achieved by turning the heat insulation cover into composite material using epoxy resin. In order to enhance the heat insulation of the plate, a closed cell structured foam epoxy matrix is prepared. Alumina fiber weave is chosen as a reinforcement material so as to provide sufficient amount of cellular structure. VARTM is used to provide a convenient resin matrix microstructure. By determining appropriate production parameters, aimed porous structure and sufficient mechanical properties are obtained. In order to increase the mechanical properties and heat resistance of the porous matrix microstructure, MWCNT is added to epoxy resin 0,1%; 0,3%; 0,5%; 0,7%; 1% by weight. It is observed that the porosity of nanocomposite materials increases when amount of MWCNT increase. As viscosity increased by 50%, amount of terhmal insulation increased by 28. To obtain the mechanical properties of the composite material; tensile test, bend test, low velocity impact test and Dynamic Mechanical Analysis (DMA) are carried out. It is obtained that tensile strength of 0,1% MWCNT added composite material increased approximately 42% compared to material without MWCNT. Similarly, bending strength of the MWCNT added composite material increased 50% compared to material without MCNT. Impact tests indicate that the effect of MWCNT on composite material is improvement of impact resistance of the material. By investigating the results of DMA, it is obtained that glass transition temperature increased. In order to determine heat properties; heat conductivity tests are carried out. In heat isolation tests, it is observed that heat conductivity of MWCNT added composite materials is approximately 28% lower. Fiber volume ratio is determined by carrying out burning tests. As a result, properties of alumina fabric which is used as an insulation blanket is defined and thermal-mechanical properties of the manufactured composite material is obtained. These properties are discussed by comparing each material.