Effects of Surface Treatments on Fatigue Performance of Adhesively Bonded Single Lap Joint Carbon Fiber Based Polymer Composites

Abstract

Yeni teknolojilerin ortaya çıkışını takip eden dönemde, alternatif birleştirme teknikleri karbon elyaf takviyeli polimerleri içeren uygulamalarda geleneksel mekanik bağlantı elemanlarının yerini almaya başlamıştır. Gerilme konsantrasyonu, ağırlık, radar sinyallerinin emilmesi ve korozyon gibi mekanik bağlantı elemanlarıyla ilgili zorlukların çoğu, CFRP'ler alanında yapıştırıcı bağların kullanılmaya başlanmasıyla etkili bir şekilde ele alınmıştır. Bununla birlikte, kirletici maddelerin varlığı ve yüzey tabakasındaki matris fazlalığı da dahil olmak üzere çeşitli faktörler yapışma gücü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu tezin amacı, yüzey işleminin uygulanmasının, yapışkan olarak bağlanmış karbon elyaf takviyeli polimer kompozit plakaların yorulma performansı üzerindeki etkilerini incelemektir. [45/-45/45/0/-45/90]s istifleme sırasına sahip karbon fiber takviyeli polimer laminatlar, otoklav tekniği ile tek yönlü prepregler kullanılarak üretilmiştir. Karbon fiber takviyeli polimer laminatların yapışma yüzeyine lazer işlemi ve elektrospinning olmak üzere iki farklı yüzey işlemi uygulanmıştır. Farklı yüzey işlemlerine tabi tutulan kompozitlerin yorulma performansını araştırmak için yük kontrollü çekme-germe yorulma testleri yapılmıştır. Numuneler, statik tek bindirmeli kesme testlerinden belirlenen ortalama maksimum tek bindirmeli kesme yükünün %30 ila %50'si arasında değişen gerilme seviyelerinde döngüsel yüklemeye tabi tutulmuştur. Yüzey işlemlerinin yapışma yüzeyinin yorulma performansı üzerindeki etkileri SEM görüntüleri, sertlik bozulması ve Wöhler eğrileri kullanılarak yorumlanmıştır.In the period following the advent of new technologies, alternative joining techniques began to supplant traditional mechanical fasteners in applications involving carbon fiber-reinforced polymers. The majority of challenges associated with mechanical fasteners, including stress concentration, weight and the absorption of radar signals as well as corrosion, were effectively addressed by the introduction of adhesive bonding in the field of CFRPs. Nevertheless, several factors exert a significant influence on the adhesion strength, including the presence of contaminants and an excess of matrix on the surface layer. The objective of this thesis is to examine the effects of applying surface treatment on the fatigue performance of adhesively bonded carbon fibre-reinforced polymer composite plates. Carbon fibre-reinforced polymer laminates with a stacking sequence of [45/-45/45/0/-45/90]s were manufactured using unidirectional prepregs by the autoclave technique. Two different surface treatments, namely laser treatment and electrospinning, were applied to the adhesion surface of the carbon fibre-reinforced polymer laminates. Load-controlled tension-tension fatigue tests were conducted to investigate the fatigue performance of composites subjected to different surface treatments. Specimens were subjected to cyclic loading at stress levels ranging from 30% to 50% of the average maximum single lap shear load, as determined from static single lap shear tests. The effects of surface treatments on the fatigue performance of the adhesion surface were interpreted using SEM images, stiffness degradation, and Wöhler curves.