Mikro ve nano dolgulu epoksi kompozitlerin tribolojik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi ve modellenmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı mikro ve nano dolgulu epoksi esaslı kompozit malzemelerin tribolojik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi ve modellenmesidir. Çalışmada kullanılan malzemeler epoksi matriksi ile mikro ve nano boyuttaki dolgulardan oluşmaktadır. Mikro dolgular Al2O3, TiO2 ve uçucu kül, nano dolgular ise Al2O3, TiO2 ve kilden oluşmaktadır. Mikro dolgular ağırlıkça %10 ile %30 aralığında ve nano dolgular ağırlıkça %2,5 ile %10 aralığında olmaktadır. Bu malzemeler açık kalıplara dökülerek mekanik ve tribolojik çalışmalar için deney standartlarına uygun olarak numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan numuneler mekanik özellikleri incelemek için, çekme, üç nokta eğilme ve sertlik deneylerine tabi tutulmuşlardır. Sonuçta çekme dayanımı, elastiklik modülü, kopma uzama(%), eğilme dayanımı, eğilme modülü, eğilmede kopma uzama (%) elde edilmiştir. Tribolojik davranışları incelemek için pim disk deney düzeneği kullanılarak sürtünme katsayıları ve özgül aşınma oranları elde edilmiştir. Aşınan yüzeylerin optik ve SEM yüzey görüntüleri incelenmiştir. Deneyler oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Tribolojik deneylerde uygulanan yükler 5, 10, 15 N ve uygulanan hızlar 0,4 ve 0,8 m/s 'dir. Buna ilave olarak Archard aşınma teorisi ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak pim disk sistemi modellenerek aşınma miktarları ve pim numunelerinde oluşan gerilmeler elde edilmiştir ve sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar ve sonlu elemanlar sonuçları arasında büyük oranda mutabakat görülmüştür. Birinci bölümde genel kavramlar, sürtünme ve aşınma prensipleri, sonlu elemanlar yönteminin prensipleri ve literatür incelemelerine yer verilmiştir. İkinci bölümde deneysel çalışmalar olmak üzere mekanik deneyler ve aşınma deneylerine yer verilmiştir. Üçüncü bölümde pim disk aşınma deney düzeneği sonlu elemanlar yöntemine göre modellenerek sistemin sayısal çözümlemesi yapılmıştır. Dördüncü bölümde deneysel çalışma sonuçlarının ve sonlu elemanlar yönteminin değerlendirilmesi yapılmıştır ve deneysel ve analiz sonuçlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Beşinci bölümde genel sonuçlara ve önerilere yer verilmiştir.

In this investigation: the tribological and mechanical performances of micro and nano filled epoxy composites were experimentally and theoretically studied and evaluated. The matrix material is epoxy. Micro filler are Al2O3, TiO2 and fly ash added in 10-30% by weight ratio. The nano filler are Al2O3, TiO2 and clay added in 2,5-10% by weight ratio. Test samples were prepared using an open mould type die. Tensile, three point bending and hardness tests were carried out. The tensile strength elastic modulus, elongation at break flexural strength, flexural modulus and flexural strain of the composite materials were obtained. Wear tests were carried out pin-on-disc arrangement. Tests were carried out at atmospheric condition, sliding speed of 0.4, 0.8 m/s and 5, 10, 15N load values. The friction coefficient, specific wear rate were obtained and evaluated. Furthermore the worn surfaces of pin and disc were analyzed using optical and SEM techniques. In the finite element technique, wear heights and stresses were obtained and correlated with the experimentally determined values. The results show the enhancement in tribological and mechanical properties using filler in the epoxy composite materials. This thesis consists of five chapters: Chapter one consists of general concepts, principles of friction and wear, principle of finite element method and literature studies. Chapter two consists of materials and experimental works. Chapter three consists of finite element modeling and analysis of pin-on-disc system. Chapter four consists of discussion and evaluation of experimental and finite element results. Chapter five consists of conclusions and further works.