Karbon nanotüp ve nanokil katkılı cıvata bağlantılı karbon/epoksi nanokompozit plakaların mekanik özellikleri ve hasar analizi

Abstract

Nanopartikül katkısı genellikle kompozit malzemelerin özelliklerini geliştirmede oldukça etkili olarak nitelendirilir. Ancak literatürde özellikle cıvata bağlantılı kompozit malzemelerde etkisi incelenmemiştir. Aynı zamanda, ayrı ayrı karbon nanotüp (KNT) ve nanokilin belirli oranlarda katıldığında kompozitin mekanik özelliklerini arttırdığı bilinse de birlikte kullanıldığı zaman nasıl bir davranış sergileyeceği de önemli bir noktadır. Bu çalışmada nanopartikül katkısının cıvata bağlantılı nanokompozitlerin mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Fiber olarak karbon, matris olarak epoksi katkı maddesi olarak da KNT ve nanokil kullanılmıştır. Numuneler vakum infüzyon yöntemi ile üretilmiştir. Nanopartiküllerin matris içerisinde homojen olarak dağıtılması için uçlu sonikasyon yöntemi kullanılmıştır. Üretilen numunelere yakma, eğme, çekme ve cıvatalı çekme testleri uygulanmıştır. Nanopartikül katkısı arttıkça fiber hacim oranının azaldığı boşluk hacim oranın ise arttığı saptanmıştır. Numunelere eğme ve eksenel çekme yükleri uygulanarak hasar analizleri yapılmıştır. Genel olarak nanopartikül katkısının mekanik özelliklere etkisi olumlu olmuştur. Eğme mukavemeti için en iyi sonuç %0,3 karbon nanotüp katkılı KNT3 numunelerden, çekme mukavemeti için en iyi sonuç hibrit katkılı numunelerden elde edilmiştir. Ayrıca cıvatalı çekme deneyi ile eksenel yük altında yatak mukavemetleri incelenmiştir. En yüksek yatak mukavemeti %4 nanokil katkılı numunede elde edilmiştir. Bu numunelerde nanopartikül katkısı ile elastiklik modülü ve tokluk genellikle artmıştır. Nanopartikül katkısız, nanokil katkılı NK4, KNT katkılı KNT3 ve hibrit numunelerinin SEM görüntüleri de incelenerek deney sonuçlarıyla birlikte yorumlanmıştır.

In general, reinforcement of nanoparticles to composite materials are considered to be highly effective to improve their properties. However especially the effect of nanoparticles on bolted joints nanocomposite structure have not been studied in the literature. Although it is known that, carbon nanotube (CNT) and nanoclay improve mechanical properties of nanocomposites when they are added separately it is very important point to reveal the fact how composites react if both CNT and nanoclay added together. In this study, the effect of nanoparticles on mechanical properties of bolted joints carbon/epoxy nanocomposite structures was studied. Carbon was used as fiber, epoxy was used as matrix, CNT and nanoclay was used as reinforcement. Vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) method was used to manufacture the composite materials. Probe sonicator was used to distribute the nanoparticles in matrix homogeneously. Burning, three points bending and tensile test were performed on the samples. It has been observed that porosity volume fraction increased with increasing the amount of nanoparticles. Bending and tensile load were applied to samples in order to perform failure analysis. The nanoparticles show beneficial effect on mechanical properties in general. Of the all samples, the reinforced with 0,3% carbon nanotube, KNT3, and the hybrid sample showed the highest bending and tensile strength respectively. Bearing strength of bolted joints carbon/epoxy nanocomposites also have been studied by using tensile test. It was found, reinforced with 4% nanoclay, NK4, showed the highest bearing strength. Modulus of elasticity and thoughness values increased with reinforcement nanoparticle. Fractography of nanoparticules-free, nanoclay enhanced, CNT enhanced and hybrid samples were were performed by using scanning electron microscope (SEM).