Yeni nesil sıvı termoplastik Elium® reçinesi ile yapıştırılmış alüminyum-ftp kompozit yapıların mod I ve mod II kırılma davranışlarının incelenmesi

Abstract

Fiber takviyeli termoplastik kompozitler, geri dönüştürülebilirlikleri, yeniden işlenebilirlikleri ve yüksek mukavemet/ağırlık oranları sayesinde çeşitli endüstrilerde büyük ilgi görmektedir. Bununla birlikte, termoplastik polimer matrislerinin yüksek erime viskozitesi ve lif emprenyesindeki zorluklar, bu malzemelerin kullanım alanlarını sınırlamaktadır. Diğer yandan, Elium® reçinesi gibi termoplastik monomerler, vakum infüzyonu ve reçine transfer kalıplama gibi yöntemlerle oda sıcaklığında lif emprenyesine olanak tanıyan yenilikçi çözümler sunmakta ve çeşitli üretim yöntemleri ile Elium® matrisli fiber takviyeli kompozitlerin geliştirilmesi devam etmektedir. Endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmadan önce, Elium® matris kompozitlerin mekanik performanslarının tam olarak anlaşılması büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışması, cam, karbon ve bazalt fiber takviyeli Elium® matrisli kompozit malzemelerin alüminyum bileşenleri ile oluşturduğu yapının kırılma davranışlarını incelemektedir. Çalışma kapsamında, bu kompozit-alüminyum yapıların mekanik performanslarını değerlendirmek amacıyla çift konsollu kiriş (DCB) ve uç çentikli eğilme (ENF) testleri ile tek bindirme bağlantılı çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testler, Mod-I ve Mod-II koşulları altında tabakalar arası çatlak ilerleme davranışını, çatlak oluşumu sırasında ya da ilerlemesi esnasında açığa çıkan enerji miktarını ve ara yüzeylerdeki mekanik performansı değerlendirmekte ve farklı takviye türleri arasında kıyaslamaktadır. Özellikle tek bindirme bağlantılı çekme testleri, alüminyum-kompozit ara yüzeyindeki kayma gerilmelerini ve yük taşıma kapasitelerini ortaya koymaktadır. Ayrıca, kompozitlerin kırılma hasar görüntüleri mikroskop kullanılarak analiz edilmiş ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Düşük viskozite, termoform edilebilirlik ve geri dönüştürülebilirlik gibi özellikleriyle Elium® reçinesi, yenilikçi ve sürdürülebilir kompozit sistemler için umut vadeden bir matris malzeme olarak öne çıkmaktadır. Bu araştırma, Elium® matrisli fiber takviyeli kompozitlerin kırılma mekaniklerine dair değerli bilgiler sunmakta ve bu malzemelerin hasara dayanıklı uygulamalar için uygunluğunu artırmayı hedeflemektedir. Elde edilen bulgular, sürdürülebilir kompozit malzeme geliştirme süreçlerine katkıda bulunarak, yüksek performanslı ve geri dönüştürülebilir kompozitlerin endüstriyel kullanımını desteklemektedir.

Fiber-reinforced thermoplastic composites have garnered significant attention across various industries due to their recyclability, reprocessability, and high strength-to-weight ratios. However, the high melt viscosity of thermoplastic polymer matrices and challenges in fiber impregnation limit their application areas. On the other hand, thermoplastic monomers like Elium® resin offer innovative solutions by enabling fiber impregnation at room temperature through methods such as vacuum infusion and resin transfer molding, with ongoing advancements in the development of Elium® matrix-based fiber-reinforced composites via various manufacturing techniques. Fully understanding the mechanical performance of Elium® matrix composites is crucial before their widespread use in industrial applications. This thesis investigates the fracture behavior of structures composed of Elium® matrix composites reinforced with glass, carbon, and basalt fibers combined with aluminum components. To evaluate the mechanical performance of these composite-aluminum structures, double cantilever beam (DCB) and end-notched flexure (ENF) tests, along with single lap joint tensile tests, were conducted. These tests assessed interlaminar crack propagation behavior under Mode-I and Mode-II conditions, the energy released during crack initiation and propagation, and interfacial mechanical performance, allowing comparisons among different reinforcement types. In particular, the single lap joint tensile tests revealed shear stresses and load-carrying capacities at the aluminum-composite interface. Additionally, fracture damage images of the composites were analyzed using microscopy and compared across samples. With its properties of low viscosity, thermoformability, and recyclability, Elium® resin emerges as a promising matrix material for innovative and sustainable composite systems. This study provides valuable insights into the fracture mechanics of Elium® matrix composites and aims to enhance their suitability for damage-resistant applications. The findings contribute to the development of sustainable composite materials, supporting the industrial adoption of high-performance, recyclable composites.