Bor Nanopartikülleri Katkılı Yapıştırma Bağlantılarının Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

The use of adhesives and bonding joints is growing day by day owing to their advantages over traditional joining methods. It is important to improve the mechanical properties of adhesive bonded joint which are frequently used instead of traditional joint, especially in the aviation and space industry. For this purpose, in the presented thesis study, so as to enhance the mechanical properties of adhesive bonding joints, single lap joints produced by adding hexagonal boron nitride (h-BN) and boron carbide (h-B4C) nanoparticles into two different adhesives. The mechanical properties of this produced single lap joints were investigated experimentally. It has been modified with silane compounds to increase the homogeneous distribution and interfacial interaction of boron nitride and boron carbide particles in epoxy. New adhesives were produced by adding the modified nanoparticles 0.5%, 1%, 2%, 3%, 4% and 5% into epoxy. Single lap joint samples were manufactured by using the produced adhesives, AA2024-T3 aluminum alloy which uses in aviation and carbon fiber fabric reinforced composite samples. The distribution of boron nanoparticles in the adhesive was determined by scanning electron microscope (SEM), and the mechanical properties of single lap adhesive bonding joints were determined by tensile test. In addition, the types of failure (cohesive, adhesive) were determined by examining the adhesion surfaces after the experiment. When the experimental results are examined, the mechanical properties of adhesive joints; it has been observed that the viscosity of the adhesive varies depending on the type of boron nanoparticles added into the adhesive and the additive ratio by weight. In single lap aluminum bonding joints, the maximum value in failure load and displacement values was obtained with adding functionalized h-BN at a ratio of 1% weight to high viscosity adhesive and 2% weight to low viscosity adhesive. In single lap composite bonding joints, the best increase in average failure load and displacement values was obtained with 2% functionalized h-BN and h-B4C additives in the adhesives.

Geleneksel birleştirme yöntemlerine kıyasla, sahip olduğu avantajlar nedeniyle yapıştırma bağlantılarının kullanımı her geçen gün artmaktadır. Özellikle havacılık ve uzay sanayisinde, geleneksel bağlantılar yerine sıklıkla kullanılan yapıştırma bağlantılarının mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi önem arz etmektedir. Bu amaçla, sunulan tez çalışmasında, yapıştırıcıyla birleştirilmiş bağlantıların mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi için iki farklı yapıştırıcı içerisine hekzagonal bor nitrür (h-BN) ve bor karbür (h-B4C) nanopartikülleri ilave edilerek üretilen tek tesirli bağlantıların mekanik özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. Bor nitrür ve bor karbür partiküllerinin epoksi içerisinde homojen dağılımı ve arayüzey etkileşimini arttırmak amacıyla silan bileşikleri ile modifiye edilmiştir. Modifiye edilen nanopartiküller %0.5, %1, %2, %3, %4 ve %5 oranlarında epoksi içerisine katılarak yeni yapıştırıcılar üretilmiştir. Üretilen yapıştırıcılar, havacılık alanında kullanılan AA2024-T3 alüminyum alaşımı ve karbon fiber kumaş takviyeli kompozit numuneler kullanılarak tek tesirli bağlantı numuneleri üretilmiştir. Bor nanopartiküllerinin yapıştırıcı içerisindeki dağılımı taramalı elektron mikroskobu (SEM), tek tesirli yapıştırma bağlantılarının mekanik özellikleri ise çekme testi ile belirlenmiştir. Ayrıca, yapışma yüzeyleri deney sonrasında incelenerek hasar tipleri (kohesiv, adheziv) tespit edilmiştir. Deneysel sonuçlar incelendiğinde, yapıştırma bağlantılarının mekanik özelliklerinin; yapıştırıcının vizkositesine, yapıştırıcı içerisine ilave edilen bor nanopartiküllerinin türüne ve ağırlıkça katkı oranına bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. Tek tesirli alüminyum yapıştırma bağlantılarında, yüksek viskoziteli yapıştırıcıya ağırlıkça %1, düşük viskoziteli yapıştırıcıya ise ağırlıkça %2 oranında fonksiyonelleştirilmiş h-BN eklenmesiyle hasar yükü ve yer değiştirme değerlerinde maksimum değer elde edilmiştir. Benzer şekilde, yapıştırıcılara ağırlıkça %2 oranında fonksiyonelleştirilmiş f-B4C nanopartiküllerinin eklenmesiyle, alüminyum yapıştırma bağlantılarının mekanik özelliklerinin maksimum artış sergilediği gözlemlenmiştir. Tek tesirli kompozit yapıştırma bağlantılarda ise, yapıştırıcılar içerisine %2 oranında fonksiyonelleştirilmiş h-BN ve h-B4C katkısıyla ortalama hasar yükü ve yer değiştirme değerlerinde en iyi artış elde edilmiştir.