Termoplastik kaplı sürekli cam elyaf takviyeli kompozit ip üretimi ve uygulama alanlarının araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasının ilk amacı sürekli elyaf takviyeli termoplastik kompozit ip üretim prosesinin masaüstü prototipini tanıtmaktır. Diğer amaç ise polilaktik asit (PLA), termoplastik poliüretan (TPU), polietilen tereftalat glikol (PET-G) kaplı cam elyaf kompozit iplerin çekme dayanımı gibi mekanik özelliklerini inceleyerek endüstride amaca uygun kullanılabilirliğini araştırmaktır. Kompozit iplerin kaplanabilmesi için maksimum çalışma sıcaklığı 300°C olan ve 250-660 mm/dak ekstrüzyon hızında çalışabilen 120W masaüstü filament ekstrüder kullanılmıştır. Kaplanma işlemi sırasında kompozit ipleri bobine sarabilmek için 60W nominal güce, 1350 dev/dak hıza, tork arttırıcı redüktöre ve hız kontrol ünitesine sahip (0–135 dev/dak) bir AC motor kullanılmıştır. Kompozit ip üretiminde elyaf olarak 300 tex, 600 tex ve 1200 tex lineer yoğunluğa sahip sürekli E-cam elyaf, reçine olarak ise polilaktik asit (PLA), termoplastik poliüretan (TPU) ve polietilen tereftalat glikol (PET-G) kullanılmıştır. Süreç sonunda çapları Ø0.52 mm–Ø1.16 mm aralığında, fiber hacim oranları %31–%53 aralığında ve yoğunlukları 1.610 g/cm³–1.919 g/cm³ aralığında 9 farklı kompozit ip üretimi yapılmıştır. Test edilen sürekli cam elyaflar ortalama 1025 MPa’lık yüksek bir çekme mukavemetine ve 20300 MPa’lık bir elastikiyet modülüne sahip olmasına rağmen, kırılgan davranış göstermişlerdir. Termoplastik malzemeler ile kaplandıktan sonra sürekli cam elyafların çekme mukavemetinde ortalama %48’lik (533 MPa) ve elastisite modülünde %64’lük (7318 MPa) azalma elde edilmiştir. Bununla birlikte kompozit iplerin kırılganlığı, uzama oranındaki ortalama %53’lük bir artış ile önemli ölçüde azalmıştır. Çalışma sonunda elde edilen veriler, PLA, TPU ve PET-G kaplı cam elyaf takviyeli kompozit iplerin endüstride amaca uygun olarak kullanılabilirliği açısından umut vericidir.The first aim of this thesis is to introduce a desktop prototype of a continuous fiber reinforced thermoplastic composite rope manufacturing process. The other aim is to investigate the mechanical properties such as tensile strength of polylactic acid (PLA), thermoplastic polyurethane (TPU), polyethylene terephthalate glycol (PET-G) coated glass fiber composite ropes and to investigate their usability in the industry. A 120W desktop filament extruder with a maximum operating temperature of 300°C and an extrusion speed of 250-660 mm/min was used to coat the composite ropes. An AC motor with a nominal power of 60W, a speed of 1350 rpm, a torque increasing reducer and a speed control unit was used to wind the composite ropes on the bobbin during the coating process. Continuous E-glass fibers with linear densities of 300 tex, 600 tex and 1200 tex were used as fibers and polylactic acid (PLA), thermoplastic polyurethane (TPU) and polyethylene terephthalate glycol (PET-G) were used as resins. At the end of the process, 9 different composite ropes with diameters between Ø0.52 mm-Ø1.16 mm, fiber volume ratios between 31%-53% and densities between 1.610 g/cm³-1.919 g/cm³ were produced. Although the tested glass fibers had a high tensile strength of 1025 MPa on average and a modulus of elasticity of 20300 MPa, they showed brittle behavior. After coating with thermoplastic materials, an average reduction of 48% (533 MPa) in tensile strength and 64% (7318 MPa) in modulus of elasticity of continuous glass fibers was obtained. However, the brittleness of composite ropes was significantly reduced with an average increase in elongation of 53%. The data obtained at the end of the study are promising for the use of PLA, TPU and PET-G coated glass fiber reinforced composite yarns in the industry.