Karbon Fiber Takviyeli Kompozitlerde Epoksi Matrise Karbon Nanotüplerin Eklenmesinin Kompozitin Mekanik Özellikleri Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Havacılık, uzay ve savunma alanında endüstriyel şirketler arasındaki hızlı teknolojik gelişme ve rekabet nedeniyle, hafif ve yüksek mukavemet ile karakterize edilen yüksek performanslı malzemeler elde etmek için 1950 yılından itibaren kompozit malzeme üretimine başlanmıştır. Kompozit malzemeler iki temel bileşenden oluşur: matris ve takviye elemanı. Takviye elemanı kompozit malzemeye mukavemet ve rijitlik sağlarken, matris kompozit malzemenin yapısında birden fazla görevi yerine getirmektedir. Matris, takviye elemanını birbirine bağlayan bağlayıcı görevi görür ve takviye elemanını çevresel faktörlerden korur ve yapı üzerindeki dış etkileri ve yükleri takviye elemanına iletmektedir. Günümüzde kompozit malzemeler, uygulama alanlarındaki çoğalma ve çeşitlilik nedeniyle hızlı bir gelişme göstermektedir. Çok yönlülüğü ve yaygınlığı nedeniyle kompozit malzeme üretiminde kullanılan birçok araştırma ve yöntem bulunmaktadır. Kompozit malzemenin gelişimine nanoteknolojinin katkıları vardır. Bu çalışma, kompozit malzemelere nanomalzemelerin dâhil edilmesinin kompozit malzemelerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisini ele alacaktır. Çalışmada çok duvarlı karbon nanotüpler ( MWCNT.s) ve modifiye edilmiş çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT_COOH) ile temsil edilen nanomalzemelerin, karbon fiber takviyeli polimerik matrisli kompozit (CFRP) malzemelere etkileri incelenmiştir. Bu araştırmanın temel amacı, MWCNT.s, MWCNT_COOH'lerin eğilme dayanımı gibi kompozit malzemelerin mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini incelemektir. Bu deneyde kompozit malzeme için matris olarak termoset epoksi kullanılarak üç farklı kompozit panel yapılmıştır. Üretilen kompozit malzemelerde karbon fiber hacim oranı %35'tir. Nanomalzemelerin üretilen kompozit paneller üzerindeki etkisini incelemek için ağırlıkça %0,5 oranında MWCNT.s ve MWCNT_COOH kompozitlere eklenmiştir. Karbon nanotüp tozunun epoksi reçine içinde mümkün olan en iyi dağılımını elde etmek için manyetik karıştırıcı, ultrasonik karıştırıcı ve ultrasonik banyo laboratuvar cihazları ve yöntemleri kullanılmıştır. Kompozit plakaların üretimi için Vakum İnfüzyon (Vİ) yöntemi kullanılmıştır. Üretilen plakalardan alınan numunelerin mekanik özellikleri, takviye liflerinin yönüne göre 0° ve 90° yönlerinde hazırlanarak eğilme test cihazı kullanılarak incelenmiştir.

Due to the rapid technological development and competition among industrial companies in the field of aviation, space and defense, composite material production has been started since 1950 in order to obtain high-performance materials characterized by light weight and high strength. Composite materials consist of two basic components: the matrix and the reinforcing element. While the reinforcement element provides strength and rigidity to the composite material, the matrix fulfills more than one task in the structure of the composite material. The matrix acts as the binder that connects the reinforcing element and protects the reinforcing element from environmental factors and transmits the external effects and loads on the structure to the reinforcement element. Today, composite materials show a rapid development due to the proliferation and diversity in their application areas. There are many researches and methods used in the production of composite materials due to its versatility and prevalence. Nanotechnology has contributed to the development of composite materials. This study will consider the effect of incorporating nanomaterials into composite materials on the mechanical properties of composite materials. In the study, the effects of nanomaterials represented by multi-walled carbon nanotubes (MWCNT.s) and modified multi-walled carbon nanotubes (MWCNT_COOH) on carbon fiber reinforced polymeric matrix composite (CFRP) materials were investigated. The main purpose of this research is to examine the effects of MWCNT.s, MWCNT_COOHs on the mechanical properties of composite materials such as flexural strength. In this experiment, three different composite panels were made by using thermoset epoxy as the matrix for the composite material. The carbon fiber volume ratio in the composite materials produced is 35%. In order to examine the effect of nanomaterials on the produced composite panels, 0.5% by weight of MWCNT.s and MWCNT_COOH were added to the composites. Magnetic stirrer, ultrasonic stirrer and ultrasonic bath laboratory devices and methods were used to obtain the best possible dispersion of carbon nanotube powder in epoxy resin. Vacuum Infusion (VI) method was used for the production of composite plates. The mechanical properties of the samples taken from the produced plates were prepared in 0° and 90° directions according to the direction of the reinforcement fibers and examined using a bending test device.