FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Konu "ablative composites" ile FBE- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeSilika-fenolik Kompozitlerin Üretimi Ve Karakterizasyonu(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-12-7) Güney, Önder ; Demirkesen, Erdem ; 10131102 ; Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ; Material Science and EngineeringSilika-fenolik kompozitler, ağırlıkça % 95 – 100 arasında silisyum dioksit (SiO2) içeriğine sahip pekiştiriciler ile termoset esaslı polimerik bir reçine türü olan fenolik reçinenin makroskobik birleşimi neticesinde meydana gelen ileri teknoloji malzemeleridir. İlk olarak 1961 yılında Amerikan Ulusal Uzay Araştırma Merkezi (NASA) tarafından Apollo uzay mekiği için ablatif ısı kalkanı malzemesi olarak geliştirilen silika-fenolik kompozitler, sahip oldukları üstün termal, mekaniksel ve termo – mekaniksel özellikler nedeniyle günümüzde havacılık, savunma, elektronik gibi değişik sektörlere ilişkin farklı uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Ancak, silika-fenolik kompozitlerin özellikle savunma ve havacılık sektörleri ile ilgili uygulamalarının (roket/füze sistemlerinde motor gövdesi, alev tüpü ve lüle parçalarında) stratejik öneme haiz alanlar olması, bu malzeme türünün üretim koşulları ve malzeme özelliklerine ilişkin literatürde oldukça sınırlı miktarda bilgiye ulaşılabilmesine yol açmaktadır. Gerçekleştirilen doktora tez çalışması kapsamında temel olarak, silika-fenolik kompozitlerin basınçlı kalıplama tekniği ile üretimi için uygun kürleme parametrelerinin belirlenmesi ve kompoziti oluşturan bileşenler ile ilgili kumaş fiber alan yoğunluğu, kumaş fiber yönlenmesi, kompozit yapısına ilave edilen karbon nanotüp ve amorf karbon katkıları gibi parametrelerin silika-fenolik kompozitlerin mekaniksel ve termal özellikleri üzerindeki etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda matris malzemesi olarak havacılık ve savunma sanayi uygulamaları için özel olarak geliştirilmiş, resol türde fenolik reçine (SC1008), takviye malzemesi olarak da yüksek silikalı fiberler ile dokunmuş örgü kumaşlar kullanılmıştır. Silika-fenolik kompozitlerin üretiminde, yüksek fiber hacim oranı ve düşük boşluk içeriği istenen kompozit parçaların üretiminde sıklıkla tercih edilen yöntemlerden biri olan basınçlı kalıplama tekniği tercih edilmiştir. Basınçlı kalıplama tekniği kapsamında; farklı istiflenme sıralarında dizilmiş olan reçine emdirilmiş kumaş katları, jelleşme olarak bilinen kurutma işlemine tabi tutulduktan sonra sıcak pres içerisinde kalıplanmıştır. Termoset esaslı kompozitlerde son ürün özellikleri, başta kompoziti oluşturan bileşenler ve bu bileşenler için uygun üretim tekniğinin seçimi ile doğrudan ilişkilidir. Kompozit bileşenleri ile ilgili dikkat edilmesi gereken en önemli hususlardan bir tanesi matris malzemesinin kürleme davranışıdır. Kürleme, polimerizasyonu tamamlanmamış termoset esaslı bir polimerin sıcaklık ve/veya basınç ve/veya katalizör gibi etkiler neticesinde stabil ve üç boyutlu bir ağ yapısına geçmesi olarak tanımlanmaktadır. Kürleme işleminin doğru koşullar altında gerçekleştirilmesi, yüksek çapraz bağ yoğunluğuna sahip, yapısında düşük miktarlarda kalıntı gerilme ve porozite bulunduran kompozit parçaların üretimi için büyük önem teşkil etmektedir. Bu sebeple silika-fenolik kompozitler ile ilgili deneysel çalışmalara basınçlı kalıplama tekniği için uygun ideal kürleme parametrelerinin belirlenmesine yönelik araştırmalar ile başlanmıştır. Sıcaklık, süre, basınç vb. gibi kürleme parametrelerinde kontrollü bir şekilde gerçekleştirilen değişimlerin, kompozit malzemenin spesifik bir mekaniksel özelliği üzerindeki etkisinin saptanması esasına dayanan mekaniksel analiz tekniğinin kullanıldığı deneysel çalışmalarda, farklı kürleme sıcaklıklarının (125 – 205 °C), kürleme sürelerinin (1 – 8, 24 saat), kürleme basınçlarının (8, 50, 150 ve 400 bar) ve vakum işleminin (0,2 – 1 bar) silika-fenolik kompozitlerin çekme mukavemeti, çekme ve eğme modülü gibi fiber hakim mekaniksel özellikler ile basma mukavemeti, eğme mukavemeti ve sertlik (Shore D) gibi matris hakim mekaniksel özelliklerini ne yönde değiştirdiği tespit edilmiştir. Mekaniksel testlerden elde edilen sonuçlara göre, silika-fenolik kompozit laminelere 165°C’de, 400 barlık basınç altında 1 saatlik süreyle uygulanan kürleme işleminin, arzu edilen mekaniksel özelliklere ulaşılması açısından yeterli olduğu sonucuna varılmıştır. Kompozit bileşenleri ile ilgili dikkat edilmesi gereken bir diğer önemli hususta kompozit üretiminde kullanılacak olan takviye malzemesinin türü ve şeklidir. Bilindiği üzere günümüzde kompozit üretiminde kullanılan farklı tür ve formlara sahip çok sayıda takviye malzemesi bulunmaktadır. Sürekli ipliklerin farklı açı ve sıralarda birbiri içinden geçmesi sonucu oluşan örgü kumaşlar, farklı deformasyon doğrultuları için dengeli bir mekaniksel performans beklenen kompozit uygulamaları için en çok tercih edilen takviye malzeme formlarından biridir. Ancak, örgü kumaşların diğer takviye formlarına kıyasla oldukça karmaşık bir geometriye sahip olması, bu kompleks geometriyi oluşturan ve kompozit malzemelerin mikro ve makro-mekaniksel özelliklerini doğrudan kontrol eden örgü parametreleri ile ilgili çok sayıda deneysel çalışmanın ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Doktora tezi kapsamında gerçekleştirilen bir diğer grup çalışmada, kumaş alan ağırlığı ve iplik yönlenmesi gibi farklı örgü parametrelerinin silika-fenolik kompozitlerin çekme, basma, eğme ve sertlik gibi farklı mekaniksel özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. 180, 300, 600 g/m2 kumaş alan ağırlığına sahip üç farklı dokuma türünün kullanıldığı deneysel çalışmalarda, artan kumaş alan ağırlığı ile birlikte silika-fenolik kompozitlerin sertlik dışındaki tüm mekaniksel özelliklerinde belirgin bir artış gerçekleşmiştir. Bir diğer kumaş parametresi olan iplik yönlenmesinin kompozitlerin mekaniksel özellikleri üzerindeki etkisinin incelendiği deneysel çalışmalarda ise farklı istiflenme sıralarında tabakalandırılan ([(0,90)]11S, [(±45)]11S, [(0,90)/(± 45)]11S) silika fenolik kompozitler içerisinde en iyi çekme, basma ve eğme özelliklerine deformasyon yönünde daha fazla iplik bulunan [(0,90)]11S istiflenme sırasına sahip silika-fenolik kompozitlerde ulaşılmıştır. Termoset esaslı kompozitlerin son ürün performansları üzerinde etkisi olan parametrelerden bir diğeri de kompozit yapısı içerisine gerçekleştirilen nano ve mikron boyuttaki katkılardır. Matris malzemesi olan reçine ile doğrudan karıştırma veya takviye malzemesi yüzeylerinde gerçekleştirilen büyütme/biriktirme işlemleri neticesinde gerçekleştirilen bu katkıların kompozit yapısı içerisinde homojen bir şekilde dağıtılması, arzu edilen malzeme özelliklerinin elde edilmesi açısından oldukça önemlidir. Doktora çalışmasında, matris malzemesi olan fenolik reçinenin içerisine gerçekleştirilen çok duvarlı karbon nanotüp katkısının ve yüksek silikalı pekiştirici yüzeylerinde biriktirilen pirolitik karbonun silika-fenolik kompozitlerin mekaniksel özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Mekanik testlerden elde edilen sonuçlara göre silika-fenolik kompozitlerin yapısına gerçekleştirilen ağırlıkça %0,1’lik karbon nanotüp katkısı, çekme mukavemetinde %17, basma ve eğme mukavemetlerinde %5’lik bir artış sağlarken, kumaş yüzeylerine biriktirilen amorf yapılı karbonun kompozit yapısına girmesiyle birlikte meydana gelen zayıf fiber/matris arayüzey bağına bağlı olarak başta basma ve eğme mukavemeti olmak üzere, silika-fenolik kompozitlere ait tüm mekaniksel özelliklerde büyük oranda düşüşler meydana gelmiştir. Silika-fenolik kompozitleri oluşturan bileşenler ile ilgili farklı varyasyonların mekaniksel özellikler üzerindeki etkisinin tayin edilmesinin ardından, aynı varyasyonların silika-fenolik kompozitlerin uygulama alanları açısından önem arz eden bir diğer malzeme özelliği olan termal özellikler üzerindeki etkisinin belirlenmesine yönelik çalışmalara geçilmiştir. Bu amaç doğrultusunda yine uluslararası standartlardaki koşullara uygun şekilde üretimi gerçekleştirilen silika-fenolik test kuponlarına uygulanan çeşitli ısıl testler sonucunda, kompozitlerin başta ablatif özellikleri olmak üzere, termal iletkenlik ve termal genleşme performansları incelenmiştir. Silika-fenolik kompozitlerin ablatif özelliklerinin incelendiği ısıl testlerde (statik ısı akısı, dinamik ısı akısı) en iyi performansı yüzeylerinde pirolitik karbon biriktirilmiş silika kumaşlar ile üretilmiş olan kompozit numuneler gösterirken, kompozit üretiminde kullanılan örgü kumaşların artan fiber alan ağırlığıyla birlikte, kupon arkası sıcaklıklarda artış tespit edilmiştir. Silika-fenolik kompozitlerin üretimi sırasında matris içerisinde yapılan ağırlıkça %0,1’lik çok duvarlı karbon nanotüp ilavesinin ise ablatif özelliklerde fark edilir bir etkiye neden olmadığı belirlenmiştir. Lazer Flaş tekniği kullanılarak gerçekleştirilen ve kompozit numunelere dik ve paralel olmak üzere iki farklı yönde uygulanan termal iletkenlik testlerinde, takviye malzemesi olarak kullanılan silika dokumaların fiber alan yoğunluklarının artması ile birlikte termal iletkenlik ve termal difüzivite değerlerinde artış meydana gelmiştir. Karbon nanotüplerin ve amorf karbonun kompozit yapısına girmesi ile birlikte silika-fenolik kompozitlerin termal iletkenlik ve termal difüzivite değerlerinde, karbonun yüksek termal iletkenliğinden kaynaklı artış gözlemlenmiştir. Üretilen kompozitlerin termal genleşme özelliklerinin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilen dilatometrik analizlerde, numune boylarında % 0,05 ile %1 arasında, kompozit içerisindeki kumaş türü ve kumaş yönlenmelerine bağlı çekilmeler tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen kapsamlı deneysel çalışmalar neticesinde, stratejik olarak nitelendirilen uygulamalarda kullanılması nedeniyle millileştirilmesi zaruri ileri teknoloji malzemelerinden biri olan silika-fenolik kompozitlerin üretimleri basınçlı kalıplama tekniği kullanılarak başarıyla gerçekleştirilmiş olup, kompoziti oluşturan bileşenler ile ilgili farklı varyasyonların mekaniksel ve termal özellikler üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar literatürde konu ile ilgili verilmiş kısıtlı bilgi ile karşılaştırıldığında, doktora tezi kapsamında savunma ve uzay endüstrilerine ait kritik uygulamalarda kullanılabilecek nitelikte üstün mekaniksel ve ablatif performansa sahip silika-fenolik kompozitlerin geliştirildiği görülmektedir.