Araştırma Makalesi

KNT-Cam Fiber Takviyeli Kompozitlerin Kırılma Tokluğunun Birleşik Bir Güçlendirme Stratejisi ile İyileştirilmesi

Sayı: 17 31 Aralık 2019
PDF İndir
EN TR

KNT-Cam Fiber Takviyeli Kompozitlerin Kırılma Tokluğunun Birleşik Bir Güçlendirme Stratejisi ile İyileştirilmesi

Öz

Düzlem-dışı yükleme durumlarında karşılaşılan düşük katmanlararası mekanik özellikler, cam fiber takviyeli kompozitlerin (GFRP) sahip olduğu en büyük kusurlardan biris olarak bilinmektedir. Fiber üzerinde hiyerarşik yapıdaki nano boyutta güçlendiriciler (örneğin: karbon nanotüpler (KNT’ler)), sahip oldukları sıradışı mekanik özellikler ve düşük yoğunlukları sayesinde kompozitlerin katmanlararası özelliklerini geliştirmek için kullanılmaktadır. Bahsedilen bu iyileştirmeler, yapıda herhangi bir ciddi ağırlık artışına sebep olmadan gerçekleştirilebilmektedir. Özellikle, yapısal iyileştirmelerin ağırlık artışından bağımsız olarak yapılması havacılık ve uzay yapıları uygulamalarının bir isteri olup, KNT’lere bu alanda geniş bir araştırma alanı oluşturmaktadır. Yapılan bu çalışmada, KNT-takviyeli GFRP’lerin mekanik özellikleri incelenmiştir. KNT’lerin epoksi matris içerisinde dağıtılması ve cam fiber üzerinde direkt olarak büyütülmesi olmak üzere iki farklı güçlendirme stratejisi ele alınmıştır. Bunlardan ilki cam fiber üzerinde karışık mimaride KNT büyütülmesi (F-GFs) olarak bilinirken, diğeri ise nano-tüp takviyeli kompozitler (NRC) olarak literatürde yer edinmiştir. Bu iki farklı güçlendirme stratejisinin kullanılmasıyla elde edilen kompozitler ise bu çalışmada karışık nano-takviyeli kompozitler (F-NRC) olarak ele alınmıştır. Bu çalışmanın odak noktası olarak F-GF ve F-NRC’ler seçilmiştir ve güçlendirme stratejilerinin potansiyeli laboratuvar ölçütlerinde deneysel olarak incelenmiştir. Üretilen kompozitlerin fiberleri üzerindeki hiyerarşik KNT yapılanması taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ile gözlenmiştir. Ayrıca, Raman spektroskopisi ve termogravimetrik analiz (TGA) ile KNT’lerin kalitesi ve ısıl kararlılığı araştırılmıştır. Kompozitlerin mekanik özellikleri ise Mod-I kırılma tokluğu testi ve tek yönlü kompozit çekme testi ile karakterize edilmiştir. Her ne kadar F-NRC’lerin kırılma tokluğunda %150’lik iyileştirmeler gözlenmiş olsa da çekme dayanımında, cam fiberlerin KNT üretimi sırasında maruz kalınan ısıl işlemin sonucu olarak %25’lik azalma elde tespit edilmiştir. Mekanik testler sonucunda elde edilen bulgular, yukarıda belirtilen karakterizasyon çalışmalarından çıkarılan sonuçlar ile desteklenmektedir.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. An, Q., Rider, A. N., & Thostenson, E. T. (2012). Electrophoretic deposition of carbon nanotubes onto carbon-fiber fabric for production of carbon/epoxy composites with improved mechanical properties. Carbon, 50(11), 4130–4143. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.04.061
  2. An, Q., Tamrakar, S., Gillespie, J. W., Rider, A. N., & Thostenson, E. T. (2018). Tailored glass fiber interphases via electrophoretic deposition of carbon nanotubes: Fiber and interphase characterization. Composites Science and Technology, 166, 131–139. https://doi.org/10.1016/J.COMPSCITECH.2018.01.003
  3. Arai, M., Noro, Y., Sugimoto, K. ichi, & Endo, M. (2008). Mode I and mode II interlaminar fracture toughness of CFRP laminates toughened by carbon nanofiber interlayer. Composites Science and Technology, 68(2), 516–525. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2007.06.007
  4. Ashrafi, B., Guan, J., Mirjalili, V., Zhang, Y., Chun, L., Hubert, P., … Johnston, A. (2011). Enhancement of mechanical performance of epoxy/carbon fiber laminate composites using single-walled carbon nanotubes. Composites Science and Technology, 71(13), 1569–1578. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2011.06.015
  5. Bilisik, K., & Sapanci, E. (2019). Plain para-aramid/phenolic multiwall carbon nanotubes prepreg/multistiched preform composites: Experimental characterization of mode-I toughness. Journal of Composite Materials, 53(13), 1847–1864. https://doi.org/10.1177/0021998318812176
  6. Boroujeni, A. Y., Tehrani, M., Manteghi, M., Zhou, Z., & Al-Haik, M. (2016). Electromagnetic Shielding Effectiveness of a Hybrid Carbon Nanotube/Glass Fiber Reinforced Polymer Composite. Journal of Engineering Materials and Technology, 138(4), 041001. https://doi.org/10.1115/1.4033576
  7. Cha, J., Jun, G. H., Park, J. K., Kim, J. C., Ryu, H. J., & Hong, S. H. (2017). Improvement of modulus, strength and fracture toughness of CNT/Epoxy nanocomposites through the functionalization of carbon nanotubes. Composites Part B: Engineering, 129, 169–179. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.07.070
  8. Domun, N., Hadavinia, H., Zhang, T., Sainsbury, T., Liaghat, G. H., & Vahid, S. (2015). Improving the fracture toughness and the strength of epoxy using nanomaterials – a review of the current status. Nanoscale, 7(23), 10294–10329. https://doi.org/10.1039/C5NR01354B

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

31 Aralık 2019

Gönderilme Tarihi

1 Aralık 2019

Kabul Tarihi

31 Aralık 2019

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2019 Sayı: 17

Kaynak Göster

APA
Yıldız, K., Gürkan, İ., Turgut, F., & Cebeci, H. (2019). KNT-Cam Fiber Takviyeli Kompozitlerin Kırılma Tokluğunun Birleşik Bir Güçlendirme Stratejisi ile İyileştirilmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 17, 1325-1333. https://doi.org/10.31590/ejosat.661648