Farklı çalışma koşullarına maruz fonksiyonelleştirilmiş bor nanopartikülleri katkılı nanokompozitlerin yapısal, termal ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Epoksi reçineler yüksek termal ve mekanik özellikleri nedeniyle otomobil, havacılık ve denizcilik gibi birçok endüstriyel uygulamada kompozit malzemelerin matris malzemesi olarak kullanılmaktadır. Ancak, epoksi matrisin sıvı emilimine duyarlı bir malzeme olması çalışma koşullarında nemli ve sıcak ortamlara sıklıkla maruz kaldığı durumlarda güvenilirlik endişesi oluşturmaktadır. Bu nedenle epoksi matrisli kompozit malzemelerin farklı çalışma koşullarındaki davranışının belirlenmesi ve eksik yönlerinin geliştirilmesi önem arz etmektedir. Bu amaçla tez çalışmalarında, katkısız ve %2 oranında fonksiyonelleştirilmiş hekzagonal bor nitrür (BN) ve hekzagonal bor karbür (B4C) nanopartikülleri katkılı epoksi kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitler 40˚C saf su, tuzlu su ve sülfürik asit ortamlarına 20, 40 ve 60 gün sürelerde maruz bırakılmıştır. Numunelerin karakterizasyonu için kütle değişimi testi, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FT-IR) Spektroskopisi, Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Dinamik Mekanik Analiz (DMA) ve çekme testi uygulanmıştır. Şartlandırma işlemi sonrasında bor nanopartiküllerinin kompozitlerin yapısal, termal ve mekanik özelliklerine etkisi ve yaşanan değişimler 20, 40 ve 60 günlük şartlandırma sürelerinin fonksiyonu olarak incelenmiştir. Elde edilen bulgular incelendiğinde, nanopartikül varlığına ve şartlandırma süresine bağlı olarak kompozitlerin yaşadığı bozunma miktarının değiştiği gözlemlenmiştir. Katkısız kompozite kıyasla bor nanopartiküllerinin varlığının epoksi matrisin sıvı emilimini ve dolayısıyla kompozitin bozunma miktarını azalttığı belirlenmiştir.

Epoxy resins are used as matrix material of composite materials in many industrial applications such as automobile, aviation and marine, due to their high thermal and mechanical properties. However, the fact that the epoxy matrix is a material sensitive to liquid absorption poses a reliability concern in cases where it is frequently exposed to humid and hot environments under operating conditions. For this reason, it is important to determine the behavior of epoxy matrix composite materials in different operating conditions and to develop their deficiencies. For this purpose, in the thesis studies, epoxy composites undoped and with 2% functionalized hexagonal boron nitride (BN) and hexagonal boron carbide (B4C) nanoparticles were produced. Then, produced composites were exposed to 40˚C distilled water, salt water and sulfuric acid environments for 20, 40 and 60 days. Mass change test, Scanning Electron Microscope (SEM), Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectroscopy, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and tensile test were performed for the characterization of the samples. After conditioning, the effects of boron nanoparticles on the structural, thermal and mechanical properties of composites and the experienced changes were investigated as a function of 20, 40 and 60 day conditioning times. When the findings were examined, it was observed that the amount of degradation experienced by the composites changed depending on the presence of nanoparticles and the conditioning time. It was determined that the presence of boron nanoparticles reduces the liquid absorption of the epoxy matrix and hence the amount of degradation of the composite was reduced compared to the undoped composite.