Kalın kompozit yapılarda reçinenin ısı transfer modelinin optimizasyonu ve mekanik özellikler üzerindeki etkisinin incelenmesi
Optimization of heat transfer model of resin in thick composite laminates and investigation of the mechanical properties
- Tez No: 1001324
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET BİLGİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması, kalın cam elyaf/epoksi (GF/epoksi) kompozitlerin üretiminde kürleme sırasında ortaya çıkan ısıl davranışın doğru tanımlanması, bu davranışın sayısal olarak modellenmesi ve nihai mekanik performans üzerindeki etkilerinin sistematik biçimde ortaya konması amacıyla yürütülmüştür. Kalın kesitli termoset kompozitlerde düşük ısıl iletkenlik nedeniyle ısı, kesit içinde homojen yayılmamakta; buna bağlı olarak merkez–yüzey sıcaklık farkları büyümekte ve ekzotermik reaksiyonun etkisiyle sıcaklık pikleri (overshoot) oluşabilmektedir. Bu tür ısıl düzensizlikler, kür derecesi dağılımında heterojenliğe, rezidüel gerilmelerin artmasına ve parça kalite göstergelerinde (porozite, boyutsal kararlılık ve arayüz bütünlüğü) bozulmalara yol açabilmektedir. Tez kapsamında bu problemlerin hem malzeme hem de proses boyutu birlikte ele alınarak, üretim sırasında kontrol edilebilir parametrelerle ilişkilendirilen bir termo-kimyasal/termo-mekanik değerlendirme çerçevesi kurulmuştur. Çalışmanın deneysel kısmında, pres altında üretime uygun epoksi reçine sisteminin kür kinetiği ve termomekanik davranışı ayrıntılı şekilde karakterize edilmiştir. Kür kinetiği için Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) kullanılarak izotermal ve dinamik taramalar yapılmış; toplam reaksiyon ısısı, rezidüel ısı ve ulaşılabilir nihai kür derecesi gibi parametreler belirlenerek model denklemlerine girdi sağlayacak bir veri tabanı oluşturulmuştur. Reçinenin işlenebilirlik penceresini tanımlamak amacıyla reometre ölçümleriyle viskozite evrimi ve jelasyon davranışı incelenmiş; ayrıca dinamik mekanik analiz (DMA) ile viskoelastik özelliklerin sıcaklık ve kür ilerlemesine bağlı değişimi değerlendirilmiştir. Isı transferi modelinin kritik girdilerinden biri olan ısıl iletkenlik ve ısı sığası değerleri ise deneysel olarak ölçülerek, kalın kesitlerde ısı yayılımını belirleyen malzeme parametreleri nicelleştirilmiştir. Buna ek olarak, epoksi matriste ısıl yönetimi iyileştirmek amacıyla grafen nanoplatelet (GnP) ve çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) içeren hibrit nano katkılı reçine sistemleri hazırlanmış; nano katkıların homojen dağılımı 3-roll mill ile sağlanmış ve ısıl özelliklerdeki değişim karşılaştırmalı olarak raporlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, GnP ve MWCNT'nin birlikte kullanımının epoksi içinde daha süreklilik gösteren bir ısıl iletim ağı oluşturarak ısıl iletkenlikte anlamlı artış sağlayabildiğine işaret etmiştir. Üretim kısmında, kalın GF/epoksi laminatlar sıcak pres yöntemiyle, belirlenen sıcaklık–basınç programı altında üretilmiştir. Pres çevrimi boyunca farklı konumlara yerleştirilen ısıl çifler ile sıcaklık zaman serileri elde edilerek, merkez–yüzey sıcaklık farkı ve olası overshoot davranışı izlenmiştir. Bu deneysel veriler, DSC reometre ısıl iletkenlik ölçümlerinden türetilen malzeme parametreleriyle birlikte değerlendirilmiş ve kür çevriminin iyileştirilmesine yönelik yorumlar geliştirilmiştir. Sonuç olarak tez, kalın kompozit üretiminde yalnızca çevrim parametrelerinin değil, reçinenin kinetik/reolojik özellikleri ile ısıl iletim kapasitesinin birlikte dikkate alınması gerektiğini ortaya koymuş; bu bütüncül yaklaşımın hem üretim güvenilirliğini artırmak hem de mekanik performansın tekrarlanabilirliğini güçlendirmek açısından kritik olduğunu göstermiştir. Bu kapsamda elde edilen bulgular, kalın kesitli kompozit parçaların daha kontrollü, güvenli ve kalite odaklı şekilde üretilmesine yönelik bilimsel ve uygulamaya dönük bir temel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the thermal behavior that emerges during curing in the manufacturing of thick-section glass fiber/epoxy (GF/epoxy) composites, aims to model this behavior numerically with high accuracy, and systematically evaluates its implications for the final mechanical performance. In thick thermoset composites, the inherently low thermal conductivity prevents uniform heat diffusion through the laminate thickness; consequently, large center surface temperature gradients can develop, and exothermic reaction heat may induce pronounced temperature peaks (overshoot). Such thermal non-uniformities can lead to heterogeneous degree of cure distributions, increased residual stresses, and deterioration in key quality indicators such as porosity, dimensional stability, and interfacial integrity. Addressing these coupled phenomena from both material and process perspectives, the thesis establishes a thermo chemical and thermo mechanical assessment framework that links the observed behavior to controllable manufacturing parameters. In the experimental phase, the cure kinetics and thermomechanical response of a press processable epoxy resin system were thoroughly characterized. Differential Scanning Calorimetry (DSC) was employed through both isothermal and dynamic scans to quantify parameters including total heat of reaction, residual heat, and the attainable ultimate degree of cure, forming a comprehensive database for model calibration. Rheological measurements were conducted to define the processability window by analyzing viscosity evolution and gelation behavior. In addition, Dynamic Mechanical Analysis (DMA) was used to assess how viscoelastic properties evolve with temperature and cure progression. Thermal conductivity and heat capacity critical inputs for heat-transfer modeling—were measured experimentally to quantify the governing material parameters for through-thickness heat propagation in thick sections. Furthermore, to enhance thermal management of the epoxy matrix, hybrid nano-filled resin systems containing graphene nanoplatelets (GnP) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) were formulated. Homogeneous dispersion was achieved using a three-roll mill, and changes in thermal properties were reported comparatively. The results indicated that the combined use of GnP and MWCNT can form a more continuous thermal conduction network within the epoxy, yielding a meaningful increase in thermal conductivity. In the manufacturing phase, thick GF/epoxy laminates were produced via a hot-press process under a prescribed temperature–pressure program. Temperature time histories were recorded using thermocouples placed at multiple laminate locations throughout the press cycle, enabling direct monitoring of center–surface temperature differences and potential overshoot behavior. These measurements were interpreted together with the material parameters derived from DSC, rheometry, and thermal property testing, and were used to develop insights for optimizing the cure cycle. Overall, the thesis demonstrates that reliable thick composite manufacturing requires not only appropriate cycle parameters but also integrated consideration of resin kinetic/rheological behavior and thermal transport capability. This holistic approach is shown to be critical for improving process robustness and enhancing the repeatability of mechanical performance, providing both scientific and practical foundations for safer, more controlled, and quality-oriented production of thick-section composite components.
Benzer Tezler
- Ovulasyon indüksiyonu tedavisinde folliküler gelişimin ultrasonografik takibi
Başlık çevirisi yok
MERİH BAYRAM
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kadın Hastalıkları ve DoğumGazi ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜLAZIM YILDIRIM
- Sivas'ta kadınların işgücüne katılım farklılıkları
Başlık çevirisi yok
BİNNUR ERCEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1984
SosyolojiCumhuriyet ÜniversitesiKurumlar Sosyolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FARUK KOCACIK
- İdrar kültürlerinden izole edilen coag (-) staphylococcus (s. epidrmidis ve s. saprophyticus)'ların idrar yolu enfeksiyonlarındaki yeri
The Place of coag (-) staphylococcus to the urinary tract infectron which are isolated from the urine cultures
SUMRU ÇITAK(KORMAN)
- İlkokul çağı erkek çocuklarında inmemiş testis anomalisi ve insidansı
The anomaly and incidence of cryptorchidism in primary school boys
SERDAR SEZGİN