Nanoparçacık Takviyeli Epoksi Nanokompozitlerin Eğilme Davranışları

Öz

Kompozit malzemeler iki veya daha fazla farklı malzeme grubunun makro boyutlarda bir araya gelmesiyle oluşan yeni nesil mühendislik malzemeleri olarak tanımlanmaktadır. Bu iki fazın birleşmesi sonucu malzeme özellikleri, matris ve takviye fazının güçlü özelliklerinin kombinasyonu şeklinde ortaya çıkmaktadır. Matris fazına eklenen takviye fazı çoğu zaman matrisin özelliklerini geliştirirken, bazı durumlarda mekanik özelliklerde düşüşe sebep olabilmektedir. Böyle durumlarda takviye fazının boyutunun nano seviyeye düşürülmesi gerekmektedir. Bu şekilde matris fazına nano boyutta yapılan ilaveler ile yeni nesil nanokompozit malzemeler geliştirilmiştir. Bu çalışmada, nanoparçacık takviyeli epoksi nanokompozitlerin eğilme dayanımı incelenmiştir. Ağırlıkça %0,25 Çok Cidarlı Karbon Nanotüplerle (ÇCKNT) ve ağırlıkça %0.25, 0.5, 0.75 SiO2 nanoparçacıklarla güçlendirilmiş takviyeli epoksi kompozit malzemelerin eğilme testleri, ASTM D790 standartlarına göre incelenmiştir. Epoksi reçinesi olarak Hexion MGS L160 kullanılmıştır. hibrid nanoparçacıklarla takviyeli epoksi nanokompozitlerin eğilme dayanımları epoksi reçineyle elastiklik modülü, eğilme dayanımları, birim şekil değişimleri karşılaştırılmıştır. Eğilme testi sonuçlarına göre en uygun ilave oranının %0,25 SiO2 ve %0,5 ÇCKNT olduğu görülmüş ve saf epoksiye göre %80,38 artışla en yüksek eğilme dayanımı 138,42 MPa olarak elde edilmiştir. Daha yüksek ilave oranlarında ise eğilme dayanımı değerleri bakımından bir düşüş olduğu gözlemlenmiştir. Takviyelendirme sayesinde epoksiye göre eğilme dayanımda artış görülürken birim şekil değiştirmelerde azalma görülmüştür. Maksimum yükleme miktarında %71,47 oranında artış meydana gelmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Nano Silisyum oksit
• Çok Cidarlı Karbon Nanotüp
• Epoksi
• Nanokompozit
• Eğilme testi

Flexural Behaviors of Nanoparticle Reinforced Epoxy Nanocomposites

Abstract

Composite materials are defined as new generation engineering materials that are formed by the combination of two or more different material groups in macro dimensions. As a result of the combination of these two phases, the material properties emerge as a combination of the strong properties of the matrix and reinforcement phase. While the reinforcement phase added to the matrix phase often improves the properties of the matrix, it may cause a decrease in the mechanical properties in some cases. In such cases, the size of the reinforcement phase should be reduced to the nano level. In this way, new generation nanocomposite materials have been developed by adding nanoscale to the matrix phase. In this study, the flexural strength of nanoparticle reinforced epoxy nanocomposites was investigated. Bending tests of reinforced epoxy composite materials reinforced with 0.25% by weight Carbon Nanotubes (CNT) and 0.25%, 0.5, 0.75% by weight SiO2 nanoparticles were investigated according to ASTM D790 standards. Hexion MGS L160 was used as epoxy resin. The flexural strength of epoxy nanocomposites reinforced with hybrid nanoparticles, the modulus of elasticity, flexural strength and unit shape changes of epoxy resin were compared. According to the flexural test results, it was seen that the most suitable addition ratio was 0.25% SiO2 and 0.5% CNT, and the highest flexural strength was obtained as 138.42 MPa, with an increase of 80.88% compared to pure epoxy. It has been observed that there is a decrease in flexural strength values at higher addition rates. Thanks to the reinforcement, an increase in flexural strength was observed compared to epoxy, while a decrease in unit strains was observed. There was an increase of 71.47% in the maximum loading amount.

Keywords

• Nano Silicon oxide
• Multi-Wall Carbon Nanotube
• Epoxy
• Nanocomposite
• Flexural test.

References

1. Afrouzian, A., Movahhedi Aleni, H., Liaghat, G., & Ahmadi, H. (2017). Effect of nano-particles on the tensile, flexural and perforation properties of the glass/epoxy composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 36(12), 900-916.
2. Ahmadi, Z. (2019). Nanostructured epoxy adhesives: A review. Progress in Organic Coatings, 135, 449-453.
3. Atiqah, A., Mastura, M. T., Ali, B. A. A., Jawaid, M., & Sapuan, S. M. (2017). A Review on Polyurethane and its Polymer Composites. Current Organic Synthesis, 14(2), 233-248. doi:10.2174/1570179413666160831124749
4. Ekrem, M. (2019a). The effects of carbon nanotubes added polyvinyl alcohol nanofibers on mechanical properties of carbon reinforced composite laminates. Sādhanā, 44(8), 179. doi:https://doi.org/10.1007/s12046-019-1161-6
5. Ekrem, M. (2019b). Hexagonal Boron Nitride Nanoplates-Nano Ag / Epoxy Composites: Production, Mechanical and Thermal Properties. El-Cezeri Journal of Science and Engineering, 6(3), 585-593
6. Ekrem, M. (2019c). Shear strength of boron nitride nanoplatelets and nano Ag reinforced structural adhesives. Journal of Bor, 4(3), 128-134. doi:https://doi.org/10.30728/boron.568138
7. Erkendirci, Ö. F., & Avcı, A. (2020). Quasi-static impact resistance and damage mechanisms of polymer hybrid nanocomposites. Plastics, Rubber and Composites, 49(1), 25-34.
8. Farooq, M. U., Jan, R., Azeem, M., Umer, M. A., Akram, M. A., Khan, A. N., . . . Liaqat, U. (2020). Enhanced mechanical properties of functionalized BN nanosheets-polymer composites. Journal of Polymer Research, 27(10). doi:ARTN 31010.1007/s10965-020-02286-z

9. Hong, S. K., Kim, D., Lee, S., Kim, B. W., Theilmann, P., & Park, S. H. (2015). Enhanced thermal and mechanical properties of carbon nanotube composites through the use of functionalized CNT-reactive polymer linkages and three-roll milling. Composites Part a-Applied Science and Manufacturing, 77, 142-146. doi:10.1016/j.compositesa.2015.05.035
10. Jiang, S., Chen, Y., Duan, G., Mei, C., Greiner, A., & Agarwal, S. (2018). Electrospun nanofiber reinforced composites: A review. Polymer Chemistry, 9(20), 2685-2720
11. Navidfar, A., Sancak, A., Yildirim, K. B., & Trabzon, L. (2018). A Study on Polyurethane Hybrid Nanocomposite Foams Reinforced with Multiwalled Carbon Nanotubes and Silica Nanoparticles. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 57(14), 1463-1473. doi:10.1080/03602559.2017.1410834
12. Vaithylingam, R., Ansari, M. N. M., & Shanks, R. A. (2017). Recent Advances in Polyurethane-Based Nanocomposites: A Review. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 56(14), 1528-1541. doi:10.1080/03602559.2017.1280683
13. Wong, D. W., Zhang, H., Bilotti, E., & Peijs, T. (2017). Interlaminar toughening of woven fabric carbon/epoxy composite laminates using hybrid aramid/phenoxy interleaves. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 101, 151-159
14. Yadav, S. K., & Cho, J. W. (2013). Functionalized graphene nanoplatelets for enhanced mechanical and thermal properties of polyurethane nanocomposites. Applied Surface Science, 266, 360-367. doi:10.1016/j.apsusc.2012.12.028