Polimer matrisli kompozit malzemelerde ilave olarak kullanılan parçacıkların geometrisinin kompozit malzemelerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerine etkisinin araştırılması

Abstract

Polimer matrisli kompozit malzemeler otomotiv, uçak, uzay, savunma, gıda, tekstil sanayi, spor malzemeleri gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Polimer matrisli kompozit malzemelerin dayanım değerlerini artırmak için genellikle takviye elemanı olarak cam, karbon ve aramid gibi elyaflar kullanılmaktadır. Bunun yanında polimer matris malzemelerinin özellikle eğilme dayanımı, rijitlik ve aşınma dayanımı gibi özelliklerinin düşük olmasından dolayı, polimer malzemeler farklı partiküllerle modifiye edilmektedir. Partikül takviyesi polimer malzemelerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerini önemli oranda etkilemektedir. Bu çalışmada; cam elyaf takviyeli polimer matrisli kompozit malzemelerde ilave parçacık olarak kullanılan Al2O3 - TiO2 seramik tozlarının karışım oranlarının (üç farklı, Al2O3 - %3 TiO2, Al2O3 - %13TiO2, Al2O3–%40TiO2), boyutunun ve geometrisinin üretimi yapılan kompozit malzemelerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerine etkisi incelenmiştir. Kompozit malzemelerin üretimi için, takviye olarak 270 gr/m2'lik cam elyaflı dokuma kumaşlar, matris malzemesi olarak Epikote Resin 828 epoksi reçine kullanılmıştır. Al2O3 - TiO2 seramik tozları reçinenin içerisine % 0, %5, %10, %15 katkı oranlarında ilave edilmiştir. Kompozit malzemeler el yatırma yöntemi ile üretilmiştir. Numunelerin fiziksel özelliklerinden kalınlık, elyaf ağırlık oranı, yoğunluk, porozite değerleri ile mekaniksel özelliklerini belirlemek için çekme, eğme, kayma ve çentik darbe deneyleri yapılmıştır. Deneyler ilgili ASTM standartlarına göre yapılmıştır. Çalışmanın sonuçlarına göre; cam elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemelerin üretimi esnasında reçine matris içine ilave edilen seramik tozların karışım oranları, boyutları ve geometrileri üretilen kompozit malzemelerin fiziksel özelliklerini ve mekaniksel özelliklerini önemli oranda etkilediği tespit edilmiştir.

Polymer matrix composite materials are widely used in many areas such as automotive, aircraft, space, defense, food, textile industry, sporting goods. Fibers such as glass, carbon and aramid are usually used as reinforcing elements to increase the strength values of polymer matrix composite materials. However, due to the low properties of the polymer matrix materials such as flexural strength, stiffness and wear resistance, the polymer materials are modified with different particles. Particle reinforcement significantly affects the physical and mechanical properties of polymer materials. In this study, an experimental study has been carried out to investigate the physical and mechanical properties of glass fibre reinforced epoxy composite filled with different form, size and proportions of Al2O3-TiO2 particles.For the production of composite materials, a commercially available plain-weave woven fabric with areal weight of the fabric is 270 g/m2 was used as reinforcement material and the type of epoxy resin used in the matrix material was Epikote Resin 828. Al2O3-TiO2 particles were used by three different proportions (Al2O3 – wt.3% TiO2, Al2O3 – wt.13%TiO2, Al2O3 – wt.40%TiO2), size and geometry. The weight fractions of the filler in the matrix were 0, 5, 10, and 15%. Composites were fabricated in conventional hand lay-up technique. The physical (thickness, density fiber weight ratio, porosity) and mechanical (tensile, flexural, shear and impact) properties of composites were determined as per ASTM standards. According to the results of the study; it has been found that the particle weight fractions, sizes and geometries of the ceramic powders added into the resin matrix during the production of glass fiber reinforced epoxy matrix composite materials significantly affect the physical and mechanical properties of the composite materials produced.