Rüzgar türbin kanatları için kompozit malzeme üretimi ve mekanik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasında polyester ve vinilester reçinelerin eşit oranda birlikte bulunduğu hibrit matris elemanlarının farklı elyaf oryantasyonlarına sahip cam elyaf ile takviye edilmesi sonucu üretilen hibrit matrisli kompozitlerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi ile seçilen kompozitler arasında rüzgar türbin kanatları için en uygun malzemenin belirlenmesi hedeflenmiştir. Böylece çalışma kapsamında rüzgar türbinleri kanatları için malzeme seçimi konusunda yapılacak olan çalışmalara ışık tutulması amaçlanmıştır. Hibrit matrisli malzemeler, vakum infüzyon metodu ile üretilmiş, elyaf oryantasyonu olarak 0°/90°, 30°/60° ve +45°/-45°'lik açılar seçilmiştir. Kompozitlere yapılan mekanik deneyler sonucunda en yüksek mukavemet değerlerine 0°/90° elyaf oryantasyonlu kompozitler ile ulaşılmış olup, en düşük dayanım değerleri gösteren malzemelerin ise +45°/-45° elyaf oryantasyonlu kompozitler olduğu belirlenmiştir. Ek olarak seçilen hibrit matris elemanının sertlik değerlerinin sıcaklık değişimleri karşısında oldukça kararlı olduğu görülmüştür. Su absorpsiyon deneyi ile en düşük su absorpsiyon oranına sahip kompozitin 0°/90° elyaf oryantasyonlu kompozitler olduğu belirlenmiş olup, yapılan tüm deneyler neticesinde seçilen kompozitler içerisinde rüzgar türbin kanatlarında kullanılmak üzere mekanik performans açısından en uygun malzemenin 0°/90° elyaf oryantasyonuna sahip olan kompozitler olduğu ve darbe direncinin yüksek olması açısından en üst tabakada 30°/60° elyaf oryantasyonlu takviye elemanının kullanılması gerektiği belirlenmiştir.

In this study, it is aimed to determine the most suitable material for wind blades among the selected composites by examining mechanical and physical properties of the hybrid matrix composites which contain equally polyester and vinylester resin with different fiber orientations. Thus, it is aimed to shed light on the material selection of the wind blades within the scope of the study. Hybrid matrix composites were produced by vacuum infusion method and the fiber orientations were selected as 0°/90°, 30°/60° and +45°/-45°. According to mechanical tests results, 0°/90° fiber reinforced composites exhibited the best mechanical properties and it has been observed that +45°/-45° fiber reinforced composites have the lowest mechanical properties. Furthermore, as a result of hardness test of the composites, it is observed that the hardness of the Polyester/Vinylester hybrid matrix is stable against the temperature changes. According to water absorption test results, 0°/90°fiber reinforced composites have the lowest water absorption rates. As a results of all investigations, it was determined that in terms of mechanical performance the most suitable material is 0°/90° fiber reinforced composites and to get highest impact resistance at the blade, 30°/60° fiber reinforcement must be disposed at the topcoat of the blade.