Havacılık uygulamaları için biyomonomer içeren ablatif aerojel kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ablative aerogel composites containing biomonomers for aerospace applications
- Tez No: 956595
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DERYA ÜNLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Karbon aerojel, Kompozit malzemeler, Kompozit reçineler, Carbon airgel, Composite materials, Composite resins
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Havacılık ve uzay görevlerinde kullanılan malzemeler atmosfere yeniden girişleri esnasında şiddetli aerodinamik ısınmalardan dolayı yüksek sıcaklık ve basınçlara maruz kalmaktadır. Termal koruma sistemleri (TPS), uzay aracının dış yüzeyinde meydana gelen aerodinamik ısıyı aracın iç kısmına iletilmesini ve yüklerin (insanlar ve yükler) bu ısıdan etkilenmesini önleyerek bir ısı yalıtımı sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, termal koruma sistemlerinde kullanılan ablatif polimerik kompozitler için matris malzemesi geliştirilerek kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitlerin ablasyon özellikleri ve ablasyon mekanizmaları incelenmiştir. Resorsinol-furfural reçinesi (FR), ilk önce çapraz bağ oranın etkisinin anlaşılması için farklı ağırlık yüzdelerinde hekzametilen tetramin ile sentezlenmiş sonra farklı ağırlık yüzdelerinde fenilboronik asit ile modifiye edilerek matris malzemeleri geliştirilmiştir. Matris malzemeleri, BET (Brunauer-Emmett-Teller), FTIR (Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi), TGA (Termogravimetrik analiz) ve DSC (Diferansiyel taramalı kalorimetre) yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Geliştirilen malzemelerin BET analizleri incelendiğinde artan çapraz bağ oranı ile arttığı fakat artan fenilboronik asit modifiyesiyle azaldığı bulunmuştur. FTIR pikleri incelendiğinde RF reçinelerin yoğun aromatik halkalara sahip olduğu görülürken, fenilboronik asit modifiyeli reçinelerde yeni boronat bağların oluştuğu görülmüştür. Matris malzemesinin borla modifiyelenmesi kömür verimini arttırmıştır. RF8 polimerinin kömür verimi 1000 °C'de %41,23 iken, ağırlıkça %25 fenilboronik asit ile modifiyelenerek hazırlanan matris malzemesinin (RFB25) kömür verimi %46,63 değerine çıkarılmıştır. Hazırlanan matris malzemeleri poliakrilonitril (PAN) temelli iğne ile delinmiş karbon fiber keçelere emprenye edilerek kompozitler üretilmiştir. Hazırlanan kompozitlerin SEM görüntüleri incelendiğinde RF matrisli kompozitlerde çatlak ve oyuk oluşumu gözlemlenirken, RFB matrisli kompozitlerde bu oluşumlar gözlemlenmemiştir. Ayrıca RFB matrisli kompozitlerde yer alan karbon fiber keçelerin üzerinde serbest fenilboronik asit parçacıkları olduğu görülmüştür. Kompozitlerin ablasyon özellikleri, oksiasetilen alev testi kullanılarak belirlenmiştir. Kompozitlerdeki fenilboronik asit ile modifiye edilmesi ile ablasyon direnci arttırılmıştır. RF8 matrisi ile hazırlanan kompozitin ortalama doğrusal ablasyon oranı (DAO), kütle ablasyon oranı (KAO) ve kömürleşme oranı (KO) sırasıyla 0,009 mm/sn,0,032 g/sn ve 0,235 mm/sn iken, en iyi ablasyon direncini sağlayan K-RFB25 kompozitinin DAO, KAO ve KO değerleri sırasıyla 0,007 mm/sn, 0,024 g/sn ve 0,165 mm/sn değerine düşürülmüştür. Kompozitlerin oksiasetilen testinde ön yüzeylerine gelen 2733,8-2070,9 °C sıcaklık değerine karşın arka yüzey sıcaklıkları 25,3-27,5 °C aralığında kalarak ısı bariyeri sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Materials used in aerospace missions are exposed to high temperatures and pressures due to severe aerodynamic heating during re-entry into the atmosphere. Thermal protection systems (TPS) provide thermal insulation by preventing the aerodynamic heat generated on the outer surface of the spacecraft from being transmitted to the interior of the vehicle and the loads (people and cargo) from being affected by this heat. In this thesis, composites were produced by developing matrix material for ablative polymeric composites used in thermal protection systems. The ablation properties and ablation mechanisms of the composites were investigated. Resorcinol-furfural resin (FR) was first synthesized with different weight percentages of hexamethylene tetramine in order to understand the effect of crosslink ratio, and then matrix materials were developed by modifying with phenylboronic acid in different weight percentages. The matrix materials were characterized by BET (Brunauer-Emmett-Teller), FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy), TGA (Thermogravimetric analysis) and DSC (Differential scanning calorimetry) methods. When the BET analysis of the developed materials was examined, it was found that it increased with increasing crosslink ratio but decreased with increasing phenylboronic acid modification. When the FTIR peaks were examined, it was observed that RF resins had dense aromatic rings, while new boronate bonds were formed in phenylboronic acid modified resins. Modification of the matrix material with boron increased the char yield. While the char yield of RF8 polymer was 41.23% at 1000 °C, the char yield of the matrix material prepared by modifying with 25 wt% phenylboronic acid (RFB25) was increased to 46.63%. The prepared matrix materials were impregnated with polyacrylonitrile (PAN) based needle-punched carbon fiber felts and composites were produced. When SEM images of the prepared composites were examined, cracks and pitting were observed in composites with RF matrix, while these formations were not observed in composites with RFB matrix. In addition, free phenylboronic acid particles were observed on the carbon fiber felts in the composites with RFB matrix. The ablation properties of the composites were determined using oxyacetylene flame test. The ablation resistance was increased by modifying the composites with phenylboronic acid. While the average linear ablation rate (LAR), mass ablation rate (MAR) and carbonization rate (CR) of the composite prepared with RF8 matrix were 0.009 mm/sec, 0.032 g/sec and 0.235 mm/sec, respectively, the LAR, MAR and CR values of the K-RFB25 composite, which provided the best ablation resistance, were reduced to 0.007 mm/sec, 0.024 g/sec and 0.165 mm/sec, respectively. In the oxyacetylene test of the composites, the back surface temperatures remained in the range of 25.3-27.5 °C despite the temperature value of 2733.8-2070.9 °C on the front surfaces of the composites and provided a heat barrier.
Benzer Tezler
- Advanced thermosets from sulfur, renewable benzoxazine and ionones via inverse vulcanization
Ters vulkanizasyon yoluyla sulfur, yenilenebilir benzoksazin ve iyonon'dan gelişmiş termosetler
OZAN BAYRAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ KIŞKAN
- Havacılık uygulamaları için kısmi dinamik donanım şekillendirme ve üçlü modül yedekleme kullanılarak hata toleranslı FPGA tasarımı
Fault tolerant FPGA design for aerospace applications with using partial dynamic reconfiguration and triple module redundancy
ALİCAN DÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ZİYA ALKAR
- Havacılık uygulamaları için bor katkılı termoset kompozit malzemelerin birleştirme yöntemlerinin geliştirilmesi
Development of joining methods of boron integrated thermoset composite materials for aerospace applications
ADNAN KALAYCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR DEMİRCAN
- Havacılık uygulamaları için sahada programlanabilir kapı dizilerini kullanarak izleme
Tracing using field programmable gate arrays for aviation applications
FERHAT YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Havacılık ve Uzay MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiAviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UFUK SAKARYA
- Havacılık uygulamaları için emniyet kritik daimimıknatıslı alternatör tasarımı ve analizi
Design and analysis of safety critical permanent mangetalternator for aviation applications
HÜSEYİN ERSÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ