Polipropilen kompozitlerin termoplastik elastomerler ile modifikasyonlarının mekanik özelliklerine etkisi
The effect of thermoplastic elastomers on the mechanical properties of polypropylene composites
Yazar: ONUR BALKAN
Danışman: Y.DOÇ.DR. HALİL DEMİRER
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
ÖZETPOLİPROPİLEN KOMPOZİTLERİN TERMOPLASTİKELASTOMERLER İLE MODİFİKASYONLARININ MEKANİKÖZELLİKLERİNE ETKİSİi-PP/cam küre ve i-PP/vollastonit kompozitlerin stiren-(etilen-bütilen)-stiren(SEBS) termoplastik elastomeri ve bunun maleik anhidrid (MA) ile graft edilmiş türü(SEBS-g-MA) ile modifiye edilmesinin mekanik özellikler üzerindeki etkileriincelendi. Mekanik özelliklerin saptanmasında çekme, Izod darbe ve Shore sertlikdeneyleri, ısıl özelliklerin belirlenmesinde DSC, moleküler yapıların incelenmesindeFT-IR analizleri, eriyik akış özelliklerinin belirlenmesinde MFI deneyleri yapıldı.Kırık yüzeylerin SEM görüntüleri ile morfolojik karakteristikler incelendi.Polipropilen matris içerisine elastomer ve/veya rijid partiküllerin katılması,malzeme özelliklerini farklı yönlerde etkiledi. Polipropilene SEBS veya SEBS-g-MAkatılması E-modülünü, akma mukavemetini ve sertliği düşürürken şekil değiştirmeoranını ve darbe mukavemetini arttırarak malzemenin tokluk özelliklerini iyileştirdi.Kompozitlerde ise yaklaşık olarak ters sonuçlar alındı. Polipropilen matrise rijidpartiküllerin katılması durumunda E-modulü ve sertlik arttı, buna karşın şekildeğiştirme oranları düştü. Cam küre kompozitlerin E-modüllerindeki değişimlerin kEkatsayısının ~1 değeri alması durumunda Einstein modeline uyduğu; akmamukavemetlerindeki değişimlerin a katsayısının ~1.7 değeri alması durumundaNicolais, B parametresinin ~0.8 değeri alması durumunda Pukanszky modelineuyduğu görüldü. Bu modellere göre partiküller ile matris arasında adhezyonunolmadığı ve cam küre partiküllerinin takviye edici etki göstermediği anlaşıldı.Vollastonit kompozitlerde ise E-modülündeki artışın kE katsayısının ~10 değerinialması durumunda Einstein modeline uyduğu; akma mukavemetindeki artışın akatsayısının ~-0.4 değeri alması durumunda Nicolais, B parametresinin ~3.5 değerinialması durumunda Pukanszky modeline uyduğu görüldü. Bu modellere göre asikülerformda bulunan vollastonit partiküllerinin takviye edici etkiye sahip olduğu anlaşıldı.Darbe deneyleri sonucunda rijid partikül oranlarının arttırılması ile i-PP/cam kürekompozitlerin darbe mukavemetleri azalırken volastonit kompozitlerin darbemukavemetlerinin yüksek çıkması bu sonucu destekledi.Rijid dolgu maddeleri ile elastomerlerin polipropilen matris içerisinde fizikselolarak karıştırılmasıyla elde edilen üçlü-kompozitlerin mekanik özelliklerinde dengesağlanmakla birlikte, SEBS-g-MA içeren kompozitlerde fazlar arasında adhezyonunyüksek olması nedeniyle akma ve darbe mukavemetlerinin yanı sıra sertliközelliklerinin de iyileştiği tespit edildi. Vollastonit partiküllerin takviye edici özelliğesahip olmasından dolayı (PP/vollastonit)/SEBS-g-MA kompozitlerde en yüksekmekanik performans elde edildi.SEM mikro-görüntülerinin incelenmesi sonucunda, kullanılan elastomer tipinebağlı olarak matris içerisinde iki tür faz yapısının mevcut olduğu görüldü. SEBSelastomerinin kullanılması halinde matris içerisindeki fazların birbirlerinden ayrırasgele dağılmış oldukları gözlemlenirken, SEBS-g-MA elastomerinin kullanılmasıhalinde elastomer fazın inorganik dolgu maddesi partikülleri ile etkileşime girerekpartikülleri kapsüllediği görüldü. Çekirdek-kabuk morfolojisi olarak adlandırılan bumikroyapıda, dolgu maddesi ile elastomer fazları arasındaki arayüzeylerde meydanagelen arayüzeysel etkileşimler FT-IR incelemeleri ile açıklandı.Anahtar Kelimeler: Polipropilen, cam küre, vollastonit, SEBS, maleik anhidrid,çekirdek-kabuk.

Abstract:
ABSTRACTTHE EFFECT OF THERMOPLASTIC ELASTOMERS ON THEMECHANICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENECOMPOSITESEffects of additions of styrene-(ethylene-butylene)-styrene (SEBS) and thecorresponding block copolymer grafted with maleic anhydride (SEBS-g-MA) on themechanical properties of i-PP/glass bead and i-PP/wollastonite composites wereinvestigated. Tensile, Izod impact and Shore hardness tests were performed for thedetermination of mechanical properties. In addition, melt flow, thermal, molecularand morphological characteristics of materials were investigated by MFI, DSC, FT-IR and SEM analyses respectively.The incorporation of elastomers and/or rigid fillers into polypropylene matrixaffected the properties of resultant composites in different ways. The addition ofSEBS or SEBS-g-MA to polypropylene matrix decreased E-modulus and hardness,on the other hand tensile strain and impact strength increased. The opposite wasfound approximately for composites. Addition of rigid fillers to polypropylenematrix increased E-modulus and hardness. However, yield strain rates decreased. Ini-PP/glass bead composites, variation for E-modulus of composites fitted Einsteinprediction if kE coefficient is equal to ~1; and variation for yield stress of compositesfitted Nicolais prediction if ?a? coefficient is equal to ~1.7, Pukanszky prediction ifB parameter is equal to ~0.8 Therefore, it can be concluded that glass beads do nothave reinforcement effects and interfacial adhesion is absent in particule-matrixinterface according to the models. In i-PP/vollastonite composites, the data for E-modulus of composites fitted Einstein prediction if kE coefficient is equal to ~10; andthe data for yield stress of composites fitted Nicolais prediction if ?a? coefficient isequal to ~-0.4, Pukanszky prediction if B parameter is equal to ~3.5. According tothe models, vollastonit particules have reinforcement effects due to their acicularshape. These results were also confirmed by the data of impact tests. Impact strengthof i-PP/glass bead composites decreased while impact strength of i-PP/vollastonitecomposites increased with increasing filler content.Mechanical properties of ternary-composites were balanced by physicallymixing the elastomers, rigid fillers and polypropylene matrix. In addition, SEBS-g-MA elastomer behaved as compatibilizer and adhesion promoter in composites andincreased yield and impact strength besides hardness of composites. It was found that(PP/wollastonite)/SEBS-g-MA composites have superior mechanical performancedue to the higher adhesion at the interfaces of composites and reinforcing effects ofwollastonite particules.SEM investigations on fractured surfaces of samples revealed two kinds ofphase structure formed depending on elastomer type. These are either a separatedispersion of the elastomer phase or encapsulation of the filler particulates byelastomer. Modifications of polypropylene composites with SEBS-g-MA haveresulted in elastomer encapsulation of filler particules, called core-shell morphology.Interfacial interactions between inorganic particulate and SEBS-g-MA elastomerphases were revealed by FT-IR.