Search

Bu tez çalışmasının amacı, karboksimetil selüloz (CMC) tabanlı aktüatörlerin elektro aktif davranışını incelemektir. CMC tabanlı filmler, 1-butyl-3-methylimidazolium bromide (BMIMBr) iyonik sıvısı kullanılarak sentezlenmiştir. Daha sonra, filmlerin her iki tarafı altın folyo ile kaplanarak CMC tabanlı iyonik polimer metal kompozit (İPMK) aktüatörler elde edilmiştir. Çalışmanın birinci kısmında, CMC tabanlı aktüatörlerin elektro aktif davranışlarını artırabilmek amacıyla farklı oranlarda (1, 1,5, ve 2 gr) polyethylene glycol (PEG) kullanılmıştır. Sentezlenen CMC tabanlı filmler, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FTIR) analizi, X-Işını kırınımı analizi (XRD), Termogravimetrik analizi (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve çekme testleri ile karakterize edilmiştir. Aktüatörlerin maksimum uç noktasının yer değiştirmeleri, 1, 3, 5 ve 7V'luk DC voltaj çıkışları altında lazer deplasman sensör ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, 1,5 gr PEG içeren CMC tabanlı aktüatör, uygulanan her çıkış voltajında en büyük yer değiştirme sergilemiştir.Aktüatörlerin maksimum yer değiştirmesi açısından en uygun PEG miktarı 1,5 gr olarak elde edildiği için, çalışmanın ikinci kısmında, 1,5 gr PEG içeren CMC tabanlı filmin aktüatör karakteristiğini geliştirebilmek amacıyla farklı yüklemelerdeki (ağırlıkça yüzde 0,1, 0,2 ve 0,3) grafen nano plateletler eklenmiştir. Üretilen Gr yüklü CMC tabanlı filmler daha sonra benzer analiz teknikleriyle karakterize edilmiştir. Deneysel sonuçlar, CMC tabanlı filmlere grafen yüklemesinin aktüatör performansını artırdığını göstermektedir. The objective of this thesis is to investigate the electroactive behavior of carboxymethylcellulose (CMC)-based actuators. CMC-based films were synthesized by using 1-butyl-3-methylimidazolium bromide (BMIMBr) ionic liquid. Thereafter, both sides of the films were coated with gold-leaf to produce CMC-based ionic polymer metal composite (IPMC) actuators. In the first part of the study, polyethylene glycol (PEG) at different ratios (1, 1.5 and 2 g) was used to improve the electroactive behavior of CMC-based actuators. The synthesized CMC-based films were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy analysis (FTIR), X-ray diffraction analysis (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), and tensile tests. Under DC excitation voltages of 1, 3, 5, and 7V, maximum tip displacements of actuators were determined with a laser displacement sensor. According to obtained results, CMC-based actuator including 1.5 g PEG exhibited the largest tip displacement for each excitation voltage.In the second part of the study, since the optimal amount of PEG was obtained to be 1.5 g in terms of maximum tip displacement, graphene nanoplatelets (Gr) at different loadings (0.1, 0.2 and 0.3 wt. percent) were added in order to improve the actuation characteristic of CMC-based film including 1.5 g PEG. The fabricated Gr-loaded CMC-based films were then characterized by similar analysis techniques. The experimental results showed that the Gr loading into CMC-based films improved the actuator performance. 106

Bu tez çalışmasının amacı, düşük hızlı darbeye maruz sandviç kompozit plakaların darbe davranışı üzerine çekirdek malzemesinin ve kalınlığının etkilerini deneysel olarak incelemektir. Yaklaşık olarak 60kg/m3 yoğunluğa ve 5, 10 ve 15 mm kalınlığa sahip PVC ve PET köpükler çekirdek malzemesi olarak seçilmiştir. Sandviç kompozitlerin oryantasyonu [+45/-45/0/90/çekirdek/90/0/-45/+45] şeklindedir.Darbe deneyleri, Fractovis Plus darbe test cihazı kullanılarak oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Darbe enerjisi seviyesini incelemek için 10J'den 70J'e kadar çeşitli darbe enerjileri seçilmiştir. Numunelerin ölçüleri 100 mm x 100 mm'dir. Darbe deneylerinden sonra, absorbe edilen enerji, maksimum temas süresi, maksimum çökme ve maksimum temas kuvveti-darbe enerjisi, temas kuvveti-çökme ve temas kuvveti-zaman eğrileri bahsedilen darbe enerjileri için, PVC ve PET köpüklerden oluşan sandviç kompozitler ve [+45/-45/0/90] oryantasyonuna sahip tabakalı kompozitler için elde edilmiştir.Sonuç olarak, çekirdek malzemesinin ve kalınlığının sandviç kompozitlerin darbe davranışı üzerinde önemli etkilerinin olduğu görülmüştür. Sandviç kompozitler ayrıca yüksek absorbe edilen enerjiye, nüfuziyet ve delinme eşiklerine sahiptir.Anahtar sözcükler: Sandviç kompozit, PVC köpük, PET köpük, Çekirdek kalınlığı,Düşük hızlı darbe The objective of this thesis is to investigate the effects of core material and its thickness on impact behavior of sandwich composite plates subjected to low velocity impact, experimentally. Two PVC foams and PET foam were selected as the core material, having approximate density of 60 kg/m3 and thicknesses of 5, 10 and 15 mm. The stacking sequence of the sandwich composites are [+45/-45/0/90/core/90/0/-45/+45].Impact tests were carried out by using Fractovis Plus Impact testing machine under room temperature. Various impact energies were selected from 10J to 70J to analyze the impact energy level. The dimensions of the specimens are 100 mm x 100 mm. After the impact tests, absorbed energy, maximum contact time, maximum deflection and maximum contact force versus impact energy, contact force versus deflection and contact force versus time curves were obtained for mentioned impact energies for sandwich composites with PVC and PET foams, and [+45/-45/0/90] laminated composites.As a result, it is seen that the core material and its thickness have notable effects on the impact behavior of sandwich composite plates. Sandwich composites have also higher absorbed energy, penetration and perforation threshold.Keywords: Sandwich composite, PVC foam, PET foam, Core thickness, Low velocity impact 98

Kompozit malzemeler hafif ve dayanıklı olmaları nedeniyle, günümüzde havacılık, uzay ve otomotiv gibi birçok sanayide kullanılmaktadır. Ancak kompozitler farklı malzemelerden üretildikleri için, farklı sıcaklıklarda bu malzemeler arasında iç gerilmeler meydana gelmekte ve bu gerilmeler bağlantı şekillerine göre farklılık göstermektedir. Bu tez çalışmasında, yüksek yoğunluklu polietilen ve cam elyaf takviyeli polipropilen kompozit malzemeler tekil bindirme yöntemiyle birleştirilerek, farklı sıcaklıklar altındaki mekanik özellikleri, deneysel olarak incelenmiştir. Üretilmiş olan yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) levhalar ve cam elyaf takviyeli polipropilen levhalar tekil bindirme yöntemiyle, farklı kombinasyonlarla birleştirilmiştir. Numunelerin birleşme yüzeyleri 25x25 mm'dir. Elde edilen numunelere 25°C, 50°C ve 75°C altında çekme deneyleri uygulanmış ve çekme dayanımları belirlenmiştir. Deneylerden elde edilen verilerle, farklı birleşme durumları karşılaştırılmıştır. Sıcaklıkla beraber düşük hızlı darbe etkisini de incelemek amacıyla, numunelere 5J ve 10J enerji değerinde, darbe testi uygulanmış ve darbe davranışları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, artan sıcaklıkla beraber numunelerin çekme mukavemetinin azaldığı görülmüştür. Composite materials are used in many industries such as aviation, aerospace and automotive as they are light and durable nowadays. However internal stresses occur between these materials at different temperatures and these stresses are different according to the their connection types, since composites are produced from different materials. In this thesis, high density polyethylene and glass fiber reinforced polypropylene composite materials are combined with the single lap method and their mechanical properties under different temperatures are investigated, experimentally. Produced high density polyethylene (HDPE) sheets and glass fiber reinforced polypropylene sheets are combined with single lap method with different combination. The bonding surfaces of the specimens are 25x25 mm. Tensile tests were performed to the specimens under 25°C, 50°C and 75°C and tensile strengths were determined. Different bonding types of composites were compared with experiments data. In order to investigate the temperature effect along with the low velocity impact, the impact tests were carried out at an energy level of 5 and 10J. According to the results, the tensile strength of the specimens decreased with increasing temperature. 109

Yapılan literatür çalışmalarında, termoplastik kompozitlerdeki tamirat işlemi ile ilgili yeterli çalışmanın olmadığı görülmüştür. Bu sebeple, termoplastik kompozitlerin darbe karakteristikleri ve tamirat sonrası malzemelerin darbe karakteristiklerinde ne gibi değişiklikler olduğu deneysel olarak incelenmiştir. Bununla birlikte termoplastik kompozit malzemelerde cam elyaf yoğunluk oranının darbe karakteristiğine etkisi de araştırılmıştır. Cam elyaf takviyeli polipropilen kompozit malzemeler, Dokuz Eylül Üniversitesi Kompozit Üretim Laboratuvarında, sıcak pres yöntemi ile 100 derece santigrat sıcaklık, 100 kN yük altında 100x100x4 mm formlarında, yüzde 40 ve yüzde 60 cam elyaf yoğunluk oranlarında üretilmiştir. Kompozitlerin darbe karakteristiklerini incelemek amacıyla, Dokuz Eylül Üniversitesi Kompozit Üretim Laboratuvarı'nda CEAST Fractovis Plus darbe cihazında altı farklı enerji düzeyinde (10, 15, 20, 30, 40, 50J) düşük hızlı darbe testleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra numunelerin darbeli yüzeyleri 54 mm çapındaki bir matkap ağzı ile boşaltılmış ve boşaltılan yüzeylere malzeme ile aynı cam elyaf yoğunluğuna sahip dolgu malzemesi eklenmiştir. Daha sonra hasar bölgelerinin alt ve üst yüzeylerine 2'şer adet 54x54 mm boyutlarında tek eksenli cam elyaf takviyeli polipropilen lamine malzemeler 0 ve 90 derece açı dizilimlerinde yerleştirilmiştir ve sıcak pres yöntemi ile 100 derece santigrat sıcaklık, 100 kN yük altında üretimleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra granül ile üretilmiş numuneler ile aynı şartlarda darbe testlerine tabi tutulmuştur. Bu işlemlerin sonucunda kompozitlerin darbe karakteristiklerinde cam elyaf artışına ve tamirat işlemine bağlı olarak yaşanan değişimler incelenmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlar, sonuçlar bölümünde özetlenmiştir. Literature studies have shown that there is not enough work on repairing thermoplastics composites. With this reason, the impact characteristics of the thermoplastic composites and the changes in the impact characteristics of the materials after repair were experimentally investigated. However, the effect of glass fiber density rate on the impact characteristics of thermoplastic composite materials was also investigated. Glass fiber reinforced polypropylene composite materials were produced for two glass fiber density rates (40 percent and 60 percent) in the Composite Production Laboratory of Dokuz Eylul University by hot press method (at 100 degrees temperature at 100 kN load) in 100x100x4 mm forms. In order to investigate the impact characteristics of composites, low velocity impact tests were carried out in the Composite Production Laboratory of Dokuz Eylul University at CEAST Fractovis Plus impact device for six energy level (10, 15, 20, 30, 40, 50J). Then, two pieces 54x54 mm uniaxial fiberglass reinforced polypropylene laminated materials were placed on the top and bottom surfaces of the damage zones at 0 and 90 degree angles and produced by hot press method under 100 degree centigrade temperature, 100 kN load. Then, repaired composites were subjected to low velocity impact tests under the same conditions as composite samples produced with granules. After these processes, changes in impact characteristics of composites were investigated due to glass fiber increase and repair process. The results obtained from the study summarized in the results section. 124

Kompozit malzemelerin uygulamalarındaki en önemli sorunlardan bir tanesi geri dönüşüm konusudur. Termoset matrisli kompozitler üretim sürecine tekrar sokulamadığı için bu kompozitlerin kullanımı çevre kirliliği oluşturmaktadır. Bu sebeple termoplastik matrisli kompozitlerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu kapsamda, tez çalışmasında cam elyaf takviyeli polipropilen termoplastik kompozitlerin düşük hızlı darbe davranışları deneysel olarak araştırılmıştır.Farklı kalınlık ve dizilimlerde üretilmiş cam elyaf takviyeli polipropilen kompozitlerin ön yüklemesiz ve farklı ön yükleme durumlarındaki davranışları incelenmiştir. Çalışmada ön yükleme durumları olarak çeki, bası ve kayma (çeki ve bası) durumları tasarlanan aparat yardımıyla belirlenmiştir. Ön yüklemede çeki ve kayma yüklemesi durumlarında 250 mikron ve 500 mikron büyüklüğünde yüklemeler uygulanırken bası durumunda ise 250 mikron büyüklüğünde ön yükleme değeri uygulanmıştır. 2 ve 3 mm kalınlığındaki numunelerin ön yüklemesiz ve ön yükleme altındaki düşük hızlı darbe davranışları ve ayrıca tekrarlı darbe davranışları çeşitli eğriler yardımıyla değerlendirilmiştir. One of the most important problems in the application of composite materials is recycling subject. Since the thermoset matrix composites does not let into the production process again, usage of these composites causes the environmental pollution. For this reason, the usage of thermoplastic matrix composites is becoming widespread, increasingly. In this context, the low velocity impact behaviors of glass fiber reinforced polypropylene thermoplastic composites are investigated experimentally in the thesis study.The behaviors of glass fiber reinforced polypropylene composites produced in different thicknesses and configuration without preloads and different preloads conditions are investigated. Tensile, compressive and shear (tensile and compressive) are determined by means of the designed apparatus as the preload conditions in operation. 250 microns were applied as the compressive preloads while 250 microns and 500 microns were applied as the tensile and shear preloads, respectively. Low velocity impact behaviors and also repeated impact behaviors of the specimens with thicknesses of 2 and 3 mm were evaluated through various curves. 88

Çam kozalağı bitkisi doğada ucuz ve bol miktarda bulunan selülozik bir malzemedir. Termoplastik esaslı kompozitlerde takviye malzemesi olarak kullanılabilir. Çam kozalağı bitkisi, mekanik özelliklerinin iyi olmasından dolayı dolgu maddesi olarak kompozitlerde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, çam kozalağı takviyeli yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) kompozitler üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Çam kozalakları İzmir bölgesi, Türkiye'den toplanmıştır. Granül halinde yüksek yoğunluklu polietilen (S0464) Petkim Petrokimya Holding A.Ş'den alınmıştır. Çam kozalakları bir bıçak kullanılarak 1 cm'lik küçük parçalar haline getirilmiş ve halkalı değirmen içinde öğütülerek toz haline dönüştürülmüştür. İlk olarak, 1x350x350 mm boyutunda iki adet YYPE plaka üretilmiştir. Daha sonra, plakaların arasına toz haline dönüştürülmüş çam kozalaklarının farklı miktarları ağırlıkça (yüzde 5, yüzde 10, yüzde 15 ve yüzde 20) ilave edilmiştir. Devamında, yine aynı şartlarda 2x350x350 mm boyutunda farklı oranlarda çam kozalağı takviyeli YYPE kompozitleri elde edilmiştir. Son olarak, kompozitlerin mekanik özellikleri oda sıcaklığında belirlenmiştir. Çekme, basma, eğilme ve düşük hızlı darbe davranışları çeşitli eğriler yardımıyla değerlendirilmiştir. The pine cone plant is a cellulosic material that is inexpensive and abundant in nature. It can be used as reinforcing material in thermoplastic based composites. Pine cone plant has good mechanical properties and therefore allows it to be used as a filler in composites. In this study, pine cone reinforced high density polyethylene (HDPE) composites were produced and characterized. The pine cones were collected from Izmir region of Turkey. Granular high density polyethylene (S0464) was obtained from Petkim Petrokimya Holding LTD. The pine cones were cut into 1 cm pieces using a knife and pulverized by grinding in a ring mill. Firstly, two HDPE plates with dimensions of 1x350x350 mm were manufactured. Then, different percentage amounts of powdered pine cones were added to between the plates by weight (5 percent, 10 percent, 15 percent and 20 percent). Afterwards, under the same conditions, pine cone reinforced YYPE composites with different percentage of 2x350x350 mm were obtained. Finally, the mechanical properties of composites were determined at room temperature. Tension, compression, bending and low-velocity impact behaviors were evaluated with various curves. 109