INVESTIGATION OF DELAMINATION OF GLASS FIBER REINFORCED PLASTIC MATERIALS

Yıl 2025, Cilt: 13 Sayı: 1, 234 - 249, 20.03.2025

Nergizhan Anaç , Esra Şen , Eren Gül , Esra Acar , Muhammed Erdem Yıldız , Oğuz Koçar , Furkan Parmaksız

https://doi.org/10.21923/jesd.1501489

Öz

Glass fiber materials have a wide range of applications in industry due to their affordability and light weight. It is important for designers to know the mechanical properties of glass fiber composite materials and possible damage mechanisms that may occur during assembly (such as delamination in drilling). In this study, hole exit defects in glass fiber reinforced plastics (GRP) produced by different manufacturing techniques (hot press molding, 3D printing and hand lay-up) after hole drilling were investigated. In the experiments, three different feed rates (200, 400 and 600 mm/min) and two different tool rotational speeds (1500 and 3000 rpm) were used as process parameters. At the end of the drilling process, delamination rates were calculated. The specimens with the lowest and highest delamination rates were visually inspected. In addition, the hole drilling process was compared in two different GRP materials, which were printed as perforated on a 3D printer and then drilled with a drill. The delamination rate increased with increasing tool feed rate in parts produced by hot press molding technique, while the delamination rate decreased with increasing feed rate in parts produced by 3D printing technique. It was determined that the delamination rate increased at low tool rotation speeds in parts produced by hand lay-up technique. It was also observed that the material production technique was as effective as the process parameters in delamination. While the effects of drilling process parameters on delamination in glass fiber reinforced composites produced by hot press molding and hand lay-up techniques were similar, the parts manufactured using 3D printer exhibited different results.

Anahtar Kelimeler

Glass Fiber Reinforced Plastic, Delamination, 3D Printing, Hand Lay-Up Technique, Hot Press Molding

CAM FİBER TAKVİYELİ PLASTİK MALZEMELERİN DELAMİNASYON DURUMUNUN İNCELENMESİ

Öz

Cam fiber malzemeler ekonomikliği ve hafif olması sebebiyle endüstride geniş bir uygulama alanına sahiptir. Cam fiber kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin ve montaj sırasında oluşabilecek olası hasar mekanizmalarının (delik delmede delaminasyon gibi) bilinmesi tasarımcılar için önemlidir. Bu çalışmada farklı imalat teknikleriyle üretilmiş (sıcak presle kalıplama, 3B baskı ve elle yatırma) cam elyaf takviyeli plastiklerde (CTP) delik delme işleminden sonra oluşan delik çıkış hasarları incelenmiştir. Deneylerde işlem parametreleri olarak üç farklı ilerleme hızı (200, 400 ve 600 mm/dak) ve iki farklı takım dönme hızı (1500 ve 3000 dev/dak) kullanılmıştır. Delik delme işlemi sonunda delaminasyon oranları hesaplanmıştır. En düşük ve en yüksek delaminasyon oranına sahip deney numunelerinin görsel muayeneleri yapılmıştır. Ek olarak, 3B yazıcıda delikli olarak basılmış ve sonradan matkapla delinmiş iki ayrı CTP malzemenin delik delme işlemi karşılaştırılmıştır. Sıcak presle kalıplama tekniği ile üretilen parçalarda takım ilerleme hızı artarken delaminasyon oranı artmış, 3B baskı tekniği ile üretilen parçalarda ilerleme hızının artmasıyla delaminasyon oranı düşmüştür. Elle yatırma tekniği ile üretilen parçalarda ise düşük takım dönme hızlarında delaminasyon oranının arttığı belirlenmiştir. Ayrıca delaminasyonda işlem parametrelerinin etkisi kadar malzeme üretim tekniğinin de etkili olduğu görülmüştür. Sıcak presle kalıplama ve elle yatırma tekniğiyle üretilen cam elyaf takviyeli kompozitlerde delik delme işlem parametrelerinin delaminasyona etkileri benzerken, 3B yazıcı ile üretilmiş parçalar farklı davranış sergilemiştir.

Anahtar Kelimeler

Cam Elyaf Takviyeli Plastik, Delaminasyon, 3B Baskı, Elle Yatırma, Sıcak Presle Kalıplama

Teşekkür

Bu proje Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 2209-A Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı kapsamında 2023 yılının 2. Döneminde 1919B012320287 numaralı proje ile desteklenmiştir.

Kaynakça

• Aktaş, E. N., & Sofuoğlu, S. D., 2022. Mdflamın Delinmesinde Taguchi Yöntemi Kullanılarak Delaminasyon Faktörünün İncelenmesi. Mobilya Ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 5(1), 29-39.
• Alliche, M., Djebara, A., Zedan, Y., & Songmene, V., 2021. Machinability Of A356 Cast Alloys Under The Effect Of Artificial Aging Treatment And Lubrication Modes. Jmst Advances, 3, 19-33.
• Altun S., & Sekban B., 2023. 3B Yazıcılar İçin Cam Fiber Katkılı Kompozit Filament Üretimi ve Mekanik Özellikleri. Int. J. of 3D Printing Tech. Dig. Ind., 7(1), 64-77.
• Basf, 2024. Ultrafuse Pa6 Gf30. Erişim Tarihi: 27 May 2024 from https://Forward-Am.Com/Material-Portfolio/Ultrafuse-Filaments-For-Fused-Filaments-Fabrication-Fff/Reinforced-Filaments/Ultrafuse-Pa6-Gf30/
• Basf, 2024. Ultrafuse PP GF30. Erişim Tarihi: 27 May 2024 from https:// https://www.onlinefilament.com/urun/ultrafuse-siyah-pp-gf30-filament?srsltid=AfmBOooeDJ8fM_vv_dll4q0mltygDahhq5YlFM9hdtFflfJ1VMNfLtLJ.
• Basmacı, G., & Yörük, A. S., 2020. Karbon Fiber Takviyeli Kompozit Malzemenin Kuru Ve Kriyojenik Şartlarda Delinebilirliğinin Deneysel Araştırılması. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(2), 164-175.
• Bayraktar, Ş., & Turgut, Y., 2012. Elyaf Takviyeli Polimer Kompozit Malzemelerin Delinmesi Üzerine Bir Araştırma. 3. Ulusal Talaşlı Imalat Sempozyumu, 04-05 Ekim, Ankara, Türkiye.
• Bilge, T., Motorcu, A. R., & Ivanov, A., 2017. Kompakt Laminat Kompozit Malzemenin Tungsten Karbür Takımlarla Delinmesinde Delaminasyon Faktörünün Değerlendirilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(4), 427-436.
• Canpolat, N., 2008. Değişik Takviyeli Kompozit Malzemenin Matkapla Delinebilirliğinin Ve Yüzey Pürüzlülüğünün Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye.
• Dey, A., Roan Eagle, I. N., & Yodo, N., 2021. A Review On Filament Materials For Fused Filament Fabrication. Journal Of Manufacturing And Materials Processing, 5(3), 69.
• Durgun, I., 2014. El Yatırma Yöntemi Ile Kompozit Parça Üretimi, 7. Mühendislik Ve Teknoloji Sempozyumu, 15-16 Mayıs, Çankaya, Ankara.
• Ekici, E., & Motorcu, A. R., 2022, Fiber Metal Laminatlarin Delinmesinde Giriş Delaminasyonu Üzerine Bir Araştırma. 9th International Congress On Engineering, Architecture and Design, 14 - 16 Mayıs, İstanbul, Türkiye.
• El-Wazery, M., El-Elamy, M., & Zoalfakar, S., 2017. Mechanical Properties Of Glass Fiber Reinforced Polyester Composites. International Journal Of Applied Science And Engineering, 14(3), 121-131.
• Ghasemi, F. A., Hyvadi, A., Payganeh, G., & Arab, N. B. M., 2011. Effects Of Drilling Parameters On Delamination Of Glass-Epoxy Composites. Australian Journal Of Basic And Applied Sciences, 5(12), 1433-1440.
• Ho-Cheng, H., & Dharan, C., 1990. Delamination During Drilling In Composite Laminates. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 112(3), 236-239.
• Ilhan, R., & Feyzullahoğlu, E., 2019. Cam Elyaf Takviyeli Polyester (CTP) Kompozit Malzemelerde Kullanılan Doğal Elyaflar Ve Dolgu Maddeleri. El-Cezeri, 6(2), 355-381.
• Karaca, F., 2016. Cam Elyaf Takviyeli Plastik Kompozitlerde Delme Parametrelerinin Deformasyon Faktörüne Etkisinin Araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(2), 23-27.
• Karataş, E., Koçar, O., Zülfikar, N. B., Anaç, N. & Parmaksız, F., 2024. Investigation of Delamination Factor in Bi-directional Drilling of Glass Fiber Reinforced Plastic Materials. International Conference on Engineering, Natural Sciences, and Technological Developments (ICENSTED 2024), 19-21July, Balıkesir, Türkiye.
• Kaya, A. I., 2016. Kompozit Malzemeler Ve Özellikleri. Putech & Composite Poliüretan Ve Kompozit Sanayi Dergisi, 29, 38-45.
• Kaynak, C., & Varsavas S.D., 2018. Performance Comparison of The 3D-Printed and Injection-Molded PLA and Its Elastomer Blend and Fiber Composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 32(4), 501-520.
• Kırhasanoğlu, E.Ö., & Turgut, Y., 2021. Karbon Elyaf Takviyeli Kompozitlerin Istifli Delinmesinde Delik Çıkış Hasarının Deneysel Araştırılması. Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 7(2), pp.152-159.
• Koboevic, N., Jurjevic, M., & Koboevic, Z., 2012. Influence Of Cutting Parameters On Thrust Force, Drilling Torque And Delamination During Drilling Of Carbon Fibre Reinforced Composites. Tehnicki Vjesnik, 19(2), 391-398.
• Kompozitshop, 2024. Cam Fiber G10 Frp Plaka. Erişim Tarihi: 27 Mayıs 2024 (https://www.kompozitshop.com/cam-fiber-g10-frp-plaka-t2mm-40x40cm-1295)
• Kuş, A., & Ekici, E., 2017. Sandviç Kompozitlerin Delinmesinde Delaminasyon Faktörünün Incelenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 22(3), 153-162.
• Motorcu, A., Ekici, E., & Yıldırım, E., 2020. Cam Laminat Alüminyum Takviyeli Epoksinin (Glare) Özel Geometrili Matkaplarla Delinmesi: Delaminasyon Faktörü Üzerine Bir Çalışma, Uluslararası Malzeme ve Mühendislik Teknolojileri Konferansı, 5-7 Kasım, Gaziantep, Türkiye.
• Nuñez, P., Rivas, A., García-Plaza, E., Beamud, E., & Sanz-Lobera, A., 2015. Dimensional And Surface Texture Characterization In Fused Deposition Modelling (Fdm) With Abs Plus. Procedia Engineering, 132, 856-863.
• Özer, H., 2015. Sürekli Cam Elyaf Takvyeli Termoplastik Kompozit Malzemelerin Geliştirilmesi Ve Mekanik Özelliklerinin Deneysel Olarak Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Bursa Uludag Üniversitesi, Türkiye.
• Özkaya, F., Özen, F., Ilhan, E., & Aslanlar, S., 2019. Cam Küre Takviyeli Polipropilen Kompozit Malzemelerin Delaminasyon Faktörünün Deneysel Olarak Incelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(3), 843-849.
• Ranganathan, S., Rangasamy Suguna Thangaraj, H.N., Vasudevan, A.K., & Shanmugan, D.K., 2019. Analogy of thermal properties of polyamide 6 reinforced with glass fiber and glass beads through FDM Process. SAE Technical Paper, 2019-28-0137.
• Rubio, J. C., Abrao, A., Faria, P., Correia, A. E., & Davim, J. P., 2008. Effects Of High Speed In The Drilling Of Glass Fibre Reinforced Plastic: Evaluation Of The Delamination Factor. International Journal Of Machine Tools And Manufacture, 48(6), 715-720.
• Singh, I., Bhatnagar, N., & Viswanath, P., 2008. Drilling Of Uni-Directional Glass Fiber Reinforced Plastics: Experimental And Finite Element Study. Materials & Design, 29(2), 546-553.
• Skoczylas, J., Samborski, S., & Kłonica, M., 2019. The Application of Composite Materials in The Aerospace Industry, Journal of Technology and Exploitation in Mechanical Engineering, 5(1), 1-6.
• Tanabi, H., 2021. Investigation of The Temperature Effect on The Mechanical Properties of 3D Printed Composites, International Advanced Researches and Engineering Journal, 5(2), 188-193.
• Terekhina, S., Skornyakov, I., Tarasova, T., & Egorov, S., 2019. Effects of The Infill Density on The Mechanical Properties of Nylon Specimens Made by Filament Fused Fabrication, Technologies, 7(3), 57.
• Türkmen, I., & Köksal, N. S., 2012. Cam Elyaf Takviyeli Polyester Matrisli Kompozit Malzemelerde (Ctp) Elyaf Tabaka Sayisina Bağli Mekanik Özelliklerin Ve Darbe Dayaniminin Incelenmesi, Celal Bayar University Journal Of Science, 8(2), 17-30.
• Yücel, U., 2019, Termoplastik Esaslı Partikül Katkılı Kompozit Malzemelerin Üretimi Ve Karakterizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Manisa Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye.