İzolasyon malzemesi geliştirilmesi ve ısıl iletkenlik ölçümü
Insulation material development and thermal conductivity measurement
Yazar: AHMET KORKMAZ
Danışman: DOÇ. DR. YÜKSEL PALACI ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYDAR BAYAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Günümüzde ısı izolasyonu, hem ısıtılan hem soğutulan alanlarda enerji verimliliği açısından önem arz etmektedir. Isı izolasyonu denilince halk arasında strafor olarak da bilinen ve yaygın kullanılan malzemeler ; genleştirilmiş EPS, Ekstrude Polistren Köpük (XPS) ve diğer polymerik izolasyon malzemeleri akla gelir. Bu tip malzemelerin tedariği kolay olmasına  rağmen düşük sıcaklıkta deforme oldukları ve yandıkları için bina yapımında sorunlar ortaya çıkmaktadır. Bu malzemelere alternatif olarak kullanılan cam yünü ve taş yünü ise açık gözenekli bir yapıya sahip olduğu için nemli ortamda kaldığında yada neme  maruz kaldığı durumlarda deforme olduğu için yani yapısal özelliklerinden olan ısıl izolasyon özelliğini yitirmektedir. Cam köpükler ideal izolasyon malzemesi olmaktadır ancak fiyatları diğer malzemelere göre yüksektir. Bu nedenle, uygun maliyette yanmazlığı olan kapalı gözenekli izolasyon malzemelerinin geliştirilmesine ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, farklı oranlarda borik asit ve cam suyu eklenmesi ile perlitten presleme yöntemiyle düşük ısıl iletkenlikte malzeme geliştirilmesi için sinterleme çalışmaları yapılmıştır. Bor ilavesi ile düşük sıcaklıkta eriyen seramik ve cam fazları oluşturarak bunların içlerinde hapsolmuş havanın artan sıcaklıkla şişirmesi ve kapalı gözenekli yerli hammaddelerden uygun maliyette cam köpük oluşturulması hedeflenmektedir. Ayrıca üretilen bu malzemelerin ısıl iletkenlik katasayısı değerini tespit edebilmek için ölçümlere referans olabilecek ısıl iletkenlik katsayısı daha önceden ölçülmüş numuneleri kullanarak lazer flash yöntemine  alternatif bir ölçüm sistemi olarak peltierin sensör olarak kullanıldığı yeni bir system tasarlanmıştır. Yeni bir ısı yalıtım malzemesi geliştirilmesinde, katkılar, oranları, sinterleme sıcaklığı ve süresi gibi bir çok etken olduğu için ölçüm doğruluğunun sağlanması için birçok numunenin ölçümünün yapılması gerekmektedir. Şekillendirilme sonrası da numuneler küçük fırında sinterlendiğinden, genellikle kalıp ebatları küçük boyutlarda olmaktadır. Piyasada kullanılan klasik ısıl iletkenlik ölçümlerinden lazer flash ölçüm sistemine alternatif olabilecek maliyeti düşük, tasarımı kolay ve ölçüm alma süresi kısa olan  bu sistemin en büyük avantajı ise küçük boyutlardaki numunelerin ölçümüne elverişli olmasıdır. Ölçüm tekniği olarak sıcaklıkları farklı iki plaka arasına yerleştirilen numunenin ısı iletim katsayısı ile üzerinden geçen ısı akışı bir başka deyişle peltierden ölçülen gerilim arasındaki orantıdan yola çıkarak belirlenmesine dayanmaktadır. Burada, mutlak ısı iletim katsayısı bilinen malzemelerin bu düzenekle ölçümünü yapılmış ilişki kurulmuştur. Bu ilişki sonrasında  ısı iletkenlik katsayısı  hesaplanmıştır. Bu  kurulan test cihazında ısıl iletkenlik değeri bilinen numunelerde hata payı yaklaşık olarak %5 ve altındadır.

Abstract:
Today, thermal insulation is important in terms of energy efficiency in both heated and cooled areas. Commonly used materials, also known as styrofoam, when it comes to heat insulation; expanded EPS, Extruded Polystyrene Foam (XPS) and other polymeric insulation materials come to mind.Although these types of materials are easy to supply, problems arise in building construction because they deform and burn at low temperatures. Glass wool and stone wool, which are used as alternatives to these materials, have an open porous structure and are deformed when kept in a humid environment or exposed to moisture, that is, they lose their thermal insulation properties, which are their structural features. Glass foams are the ideal insulation material, but their prices are higher than other materials. Therefore, there is a need to develop closed-pore insulation materials with cost-effective incombustibility. In this study, sintering studies were carried out to develop materials with low thermal conductivity by pressing method from perlite with the addition of boric acid and glass water at different rates. With the addition of boron, it is aimed to form low-melting ceramic and glass phases, to swell the trapped air with increasing temperature and to form glass foam at an affordable cost from closed-pore domestic raw materials.
In addition, in order to determine the thermal conductivity coefficient value of these produced materials, a new system in which the peltier is used as a sensor has been designed as an alternative measurement system to the laser flash method by using the samples whose thermal conductivity coefficient has been measured before, which can be a reference to the measurements. Since there are many factors such as additives, ratios, sintering temperature and time in the development of a new thermal insulation material, many samples must be measured to ensure measurement accuracy. Since the samples are sintered in a small furnace after shaping, the mold sizes are usually small. The biggest advantage of this system, which can be an alternative to the laser flash measurement system, which is one of the classical thermal conductivity measurements used in the market, is low in cost, easy to design and has a short measurement time, is that it is suitable for the measurement of small samples. As a measurement technique, it is based on the ratio between the heat transfer coefficient of the sample placed between two plates with different temperatures and the heat flow passing over it, in other words, the voltage measured from the peltier. Here, materials with known absolute heat transfer coefficient have been measured with this device and a relationship has been established. After this relationship, the thermal conductivity coefficient was calculated. In this test device, the margin of error for samples with known thermal conductivity values ​​is approximately 5% and below