Nano-partikül takviyeli yüksek yoğunluklu polietilen nanokompozitlerin üretimi ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the production and mechanical properties of nano-particle reinforced high density polyethylene nanocomposites
Yazar: HARUN SEPET
Danışman: PROF. DR. NECMETTİN TARAKÇIOĞLU
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Günümüzde polimer nanokompozitler, dünya çapında araştırma ve geliştirme yatırımlarıyla 
dikkatleri üzerine çekmeyi başarmıştır. Üreticiler polimer nanokompozitlerin mekanik, termal ve fiziksel özelliklerinin iyi olması nedeniyle birçok alanda kullanmayı düşündüler. Bu nedenle polimer nanokompozitlerin araştırılması ve geliştirilmesi için önemli yatırımlar yapılmaktadır. Ancak, nanokompozitlerin üretimlerinde ortaya çıkabilecek problemlerden dolayı polimer nanokompozitlerin özelliklerinin endüstriyel ölçekte araştırılması gereksinimi ortaya çıkmıştır. 
Bu çalışmanın amacı, yüzeyi modifiye edilmiş nano kalsiyum karbonat (Nano CaCO3) ve organik olarak modifiye edilmiş montmorilonit (Nanokil) partiküllerinin yüksek yoğunluklu polietilenin(YYPE) mekanik, termal, fiziksel ve morfolojik davranışları üzerindeki etkisini araştırmaktır. YYPE matriksinden üretilmiş ağırlıkça %1, %2, %3, %4 ve %5 nanokil takviyeli YYPE ve ağırlıkça %1, %3, %5, %10 ve %15 nano takviyeli CaCO3 YYPE nanokompozitler banbury mikser ve tek vidalı ekstruder kullanılarak endüstriyel ölçekte üretilmiştir. Üretilen nanokompozit numunelerin ve saf YYPE‟ nin maksimum çekme gerilmesi, kopmadaki yüzde uzama, sekant modülü, maksimum eğme gerilmesi, eğme 
sekant modülü, darbe dayanımı, shore D sertliği ve çizilme dayanımı gibi mekanik özellikleri, camsı geçiş sıcaklığı (Tg) gibi termal özellikleri, yoğunluk, erime akış indeksi (MFI) ve yumuşama sıcaklık noktası gibi fiziksel özellikleri incelenmiştir. X-ışın difraksiyonu (XRD), fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve tarama elektron mikroskobu (SEM), nanokompozitlerin ve saf YYPE‟nin morfolojik karakteristiklerini analiz etmek için kullanılmıştır. Tüm deney sonuçları, nanokil ve nano CaCO3 partiküllerinin, nanokompozitlerin mekanik, termal, fiziksel ve 
morfolojik davranışları üzerinde çok önemli etkileri olduğunu göstermiştir. Bu etkiler, ayrıntılı olarak açıklanmış ve sonuçları tartıĢılmıştır.

Abstract:
Nowadays, polymer nanocomposites attracted considerable investment in research and 
development worldwide. Manufacturers have considered using polymer nanocomposites because of their good mechanical, thermal, and physical properties. However, the requirement of investigation of polymer nanocomposites in the industrial scale has increased due to the obscurity in their production. 
The objective of this work was to investigate the effect of surface modified nano calcium carbonate (CaCO3) and organically modified MMT (Nanoclay) particles in the mechanical, thermal, physical and morphological behavior of high density polyethylen (HDPE). 1wt%, 2wt%, 3wt%, 4wt% and 5wt% loading of nanoclay reinforced HDPE and 1wt%, 3wt%, 5wt%, 10wt% and 15wt% loading of nano CaCO3 reinforced HDPE nanocomposites made from the HDPE matrix were prepared by using a industrial banbury mixer and single screw extruder in the industrial scale. The mechanical properties such as the maximum tensile stress, the elongation at fracture, the secant modulus at 5% elongation, the 
maximum flexural stress, the flexural secant modulus at 0,8% elongation, the impact strength, the shore D hardness, scratch resistance, and the thermal properties such as the glass transition temperature (Tg), and the physical properties such as the density, the melting flow index (MFI), the softening temperature point were studied. The x-ray diffraction (XRD), The fourier transform infrared spectrophotometry (FTIR), the 
transmission electron microscopy (TEM) and the scanning electron microscopy (SEM) were used to analyze the structural characteristics of the nanocomposites. According to the results of all experiments, nanoclay and nano CaCO3 nanoparticles significantly had an effect on mechanical, thermal, physical and morphological behavior of produced nanocomposites in the industrial scale. This effects were explained and its results discussed in detail.