Mikro Bor Oksit ve Kurşun Oksit Partikül İlaveli Cam Elyaf Takviyeli Kompozit Levhaların Deneysel Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu çalışma, mikro boyutlu bor oksit ve kurşun oksit parçacıklarının karbon fiber takviyeli polimer kompozit levhaların mekanik performansı üzerindeki etkilerini deneysel olarak araştırmaktadır. Cam elyaf takviyeli kompozitler (GFRC), yüksek mukavemet/ağırlık oranı ve korozyon direnci nedeniyle yaygın olarak kullanılsa da, tokluk ve sertlik gibi mekanik özellikleri uygun katkı maddeleriyle daha da geliştirilebilir. Bu çalışmada, dört katmanlı karbon fiber kumaşlar ve epoksi matris kullanılarak elle yatırma yöntemiyle kompozit tabakalar üretilmiştir. Mekanik davranış üzerindeki etkilerini değerlendirmek için matrise %2 ve %4 olmak üzere farklı ağırlık oranlarında bor oksit ve kurşun oksit parçacıkları eklenmiştir. Katkı maddesiyle güçlendirilmiş ve güçlendirilmemiş numunelerin performansını karşılaştırmak için ASTM 3039 standartlarına uygun olarak çekme testleri yapılmıştır. Sonuçlar, bor oksit ilavesinin çekme mukavemetinde ve yük taşıma kapasitesinde önemli bir azalmaya yol açtığını ve daha yüksek katkı maddesi oranlarının mekanik özelliklerin daha da bozulmasına neden olduğunu göstermiştir. Buna karşılık, kurşun oksit ilavesi, özellikle %4 oranında, süneklikte önemli bir kayıp olmaksızın en yüksek çekme dayanımı değerlerinin elde edildiği mekanik performansı iyileştirmiştir. Bulgular, bor oksidin kompozit yapıda zayıflatıcı bir faz görevi görürken, kurşun oksidin yük transferini ve yapısal bütünlüğü iyileştirdiğini göstermektedir. Sonuç olarak, kurşun oksit takviyeli GFRC, gelişmiş mekanik dayanım ve kararlılık gerektiren uygulamalar için umut vadeden bir potansiyel sergilemektedir.

Keywords

• GFRC
• çekme testi
• bor oksit
• kurşun oksit

Supporting Institution

Destekleyen kurum mevcut değildir.

Ethical Statement

Etik kurul izni gerekli değildir.

Thanks

Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümüne teşekkürlerimizi sunarız.

Experimental Investigation of Glass Fiber Reinforced Composite Plates with Added Micro Boron Oxide and Lead Oxide Particles

Abstract

This study experimentally investigates the effects of micro-sized boron oxide and lead oxide particle additions on the mechanical performance of carbon fiber reinforced polymer composite plates. Although Glass fiber reinforced composites (GFRC) are widely used due to their high strength to weight ratio and corrosion resistance, their mechanical properties such as toughness and stiffness can be further improved with suitable additives. In this study, composite laminates were produced using the hand lay-up method with four-layer carbon fiber fabrics and epoxy matrix. Boron oxide and lead oxide particles were incorporated into the matrix at different weight ratios of 2 % and 4 % to evaluate their influence on mechanical behavior. Tensile tests were conducted in accordance with ASTM 3039 standards to compare the performance of additive-reinforced and non-reinforced samples. The results showed that boron oxide addition led to a significant decrease in tensile strength and load carrying capacity, with higher additive ratios resulting in further deterioration of mechanical properties. In contrast, lead oxide addition improved the mechanical performance, particularly at 4 % ratio, where the highest tensile strength values were obtained without a significant loss in ductility. The findings indicate that while boron oxide acts as a weakening phase within the composite structure, lead oxide contributes to improved load transfer and structural integrity. Consequently, lead oxide reinforced GFRC demonstrate promising potential for applications requiring enhanced mechanical strength and stability.

Keywords

• GFRC
• tensile test
• boronoxide
• leadoxide

Supporting Institution

No sponsoring organization exists.

Ethical Statement

Ethical approval is not required.

Thanks

Many thanks to the Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Firat University, for providing us with their infrastructure.

References

1. [1] Hull, D., Clyne, T.W., An Introduction to Composite Materials, Cambridge University Press, 2019.
2. [2] Campbell, FC, Structural Composite Materials, ASM International, 2010.
3. [3] Erdem S., Bulut F., Ozcan ME, Ogul H., Yildiz YO, Radiation shielding properties of the doped carbon fiber-reinforced epoxy composites, Radiation Physics and Chemistry, Volume 208, 2023, 110943.
4. [4] Callister, WD, Rethwisch, DG, Materials Science and Engineering: An Introduction, Wiley, 2020.
5. [5] Mallick, PK, Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design, CRC Press, 2007.
6. [6] Peters, ST, Handbook of Composites, Springer, 2013.
7. [7] Ashby, MF, Materials Selection in Mechanical Design, Butterworth-Heinemann, 2017.
8. [8] Chawla, KK, Composite Materials: Science and Engineering, Springer, 2012.

9. [9] Muralidhara B., Kumaresh SP., Suresha B., The effect of boron carbide on the mechanical properties of bidirectional carbon fiber/epoxy composites, Materials Today: Proceedings, Volume 27, Part 3, Pages 2340-2345, 2020.
10. [10] Harish, V. & Nagaiah, N. & Kumar, H., Lead oxides filled isophthalic resin polymer composites for gamma radiation shielding applications. Indian Journal of Pure and Applied Physics. 50. 847-850, 2012.
11. [11] Delannoy, R., Tognetti, V., & Richaud, E., Structure–Properties Relationships Involved in the Embrittlement of Epoxies. Polymers, 14(21), 4685, 2022.
12. [ 12 ] Zheng X., Park CW.,Thermal and mechanical properties of carbon fiber-reinforced resin composites with copper/boron nitride coating, Composite Structures, Volume 220, Pages 494-501, 2019.
13. [13] Larsson, Fritz & Svensson, Lars., Carbon, polyethylene and PBO hybrid fiber composites for structural lightweight armour. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 33. 221-231, 2002.
14. [14] Rahman, MM, Khan, KH, Parvez, MMH, Irizarry, N., & Uddin, MN., Polymer Nanocomposites with Optimized Nanoparticle Dispersion and Enhanced Functionalities for Industrial Applications. Processes, 13(4), 994, 2025.
15. [15] Mazaheri M., Payandehpeyman J., Hedayatian M., Agglomeration and interphase-influenced effective elastic properties of Metal/Graphene nanocomposites: A developed mean-field model, Composite Structures, Volume 329, 117762, 2024.
16. [16] Örçen G, Bayram D. Effects of Boric Acid on Laminated Composites: An Experimental Study. Polymers (Basel).16(15):2133, 2024.
17. [17] Ma L., Liu Y., Li J., Jin N., Li C., Zhou X. and Ma J., A new way for lead–boron resin composite modification: SiO2 coated lead powders by a sol–gel method, RSC Adv., 9, 30752-30759, 2019.