Farklı kaplama malzemeleri ile kaplanmış karbon elyaf takviyeli poliamit 6,6 ve poli(bütilen teraftalat) karmaların özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of different sizing materials coated-carbon fiber reinforced polyamide 6,6 and poly(butylene terephthalate) composites
Yazar: NEVİN GAMZE KARSLI YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE AYTAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, farklı özellikte karbon elyaf (KE) takviyeli Poliamit 6,6 (PA 6,6) ve Poli(bütilen tereftalat) (PBT) matrisli karmalar hazırlanmıştır. Takviye malzemesi olarak ise 0,6 cm uzunluğunda kesilmiş, ön kaplanmamış ve beş farklı ön kaplama malzemesiyle kaplanmış KE kullanılmıştır. Kullanılan KE türleri yerli bir firmadan (Akkök Grup-Türkiye) temin edilmiştir. Kaplama malzemeleri ise, poliüretan (PU), fenoksi (P), poliimid (PI), epoksi+fenoksi (EP/P) ve poliamit (PA) olarak seçilmiştir. KE kaplama miktarları, kaplama çözeltisinin değişen derişimine bağlı olarak % 1, 2 ve 3 olarak belirlenmiştir.  Sonuç olarak her ön kaplama türünün ve miktarının hazırlanan karmaların mekanik, termomekanik ve morfolojik özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Her iki matris malzemesi kullanıldığı durumda da en iyi sonuç veren karma türü için, matris modifikasyonu yöntemi kullanılarak elyaf-matris arasındaki yapışmanın daha da iyileştirilmesine çalışılmıştır. Ayrıca, piyasada bulunan ve çalışmada kullanılan yerli karbon elyafa eşdeğer özellikteki KE türleri kullanılarak PA 6,6 ve PBT matrisli karmalar hazırlanmış ve yerli karbon elyafın takviye özelliğinin diğer firmaların eşdeğer özellikteki elyaf türlerinin takviye özelliği ile karşılaştırılabilir düzeyde olup olmadığı değerlendirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda, PA ve PU ön kaplanmış elyaf türlerinin PA 6,6 matris ile kullanıldıkları durumda en yüksek mekanik ve termomekanik sonuçları verirken P ve PU ön kaplanmış elyaf türlerinin PBT matris ile kullanıldıkları durumda en yüksek mekanik ve termomekanik özellikleri gösterdiği bulunmuştur. Kullanılan kaplama miktarının ise kompozitlerin özelliklerini önemli derecede etkilemediği görülmüştür. Matris modifikasyonu yöntemiyle üretilen PA 6,6 matrisli kompozitlerin mekanik özellikleri incelendiğinde, ön kaplanmamış KE takviyeli kompozitlere %1 yükleme miktarında 1,4-fenilen bisoksazolin bağlanma ajanı ilavesiyle mekanik özelliklerde önemli ölçüde artış elde edilmiştir. PBT matrisli kompozitlerde ise PU ön kaplanmış KE takviyeli kompozitlere %1 yükleme miktarında stiren akrilik temelli bir bağlanma ajanı olan Joncryl ilavesiyle mekanik özelliklerde önemli ölçüde artış elde edilmiştir. Çalışmada kullanılan ön kaplanmış KE türleri, PA 6,6 matrisle kullanıldıkları durumda diğer ticari ürünlere göre daha iyi takviye özelliği sergilerken PBT matrisle kullanıldıklarında aynı performansı sağlayamamışlardır.

Abstract:
In this study, Polyamide 6,6 (PA 6,6) and Poly(butylene terephthalate) (PBT) matrix composites were prepared by using carbon fibers (CF) with different properties. Chopped (length was 0.6 cm), unsized CF and CFs sized with five different kinds of sizing agent were used as reinforcing materials. These CFs were supplied from a local company (Akkök Group-Turkey). Sizing materials were determined as polyurethane (PU), polyamide (PA), polyimide (PI), phenoxy (P) and epoxy+phenoxy (EP/P). Coating levels of sizing materials on CF surface were determined as 1, 2 and 3% with respect to concentration of sizing material solution. Consequently, effects of all sizing material types and loading levels on the mechanical, thermomechanical properties and morphology of the composites were investigated. It was aimed to improve the adhesion between fibers and matrix by using matrix modification method for both matrix materials. Moreover, CFs with similar properties were supplied from market and PA 6,6, PBT matrix composites were prepared by using these CFs. Hence reinforcing ability of CFs used in this study was evaluated by comparing with the properties of these composites. Characterization test results indicated that while PA and PU sized CFs exhibited best mechanical and thermomechanical properties with PA 6,6 matrix, P and PU sized CFs showed best mechanical and thermomechanical test results with PBT matrix. It was also observed that sizing coating level had no significant effect on the properties of composites. Investigation of the mechanical properties of PA 6,6 composites which were used by using matrix modification method was showed that unsized CF reinforced composites exhibited a significant increase in properties with the usage of 1%wt. 1,4-phenylene-bis-oxazoline coupling agent. In addition to this, when the mechanical properties of PBT composites which were used by using matrix modification method were examined, it was observed that PU sized CF reinforced composites exhibited a remarkable enhancement in properties with the addition of 1%wt. styrene-acrylic based Joncryl coupling agent. CF types used in this study represented better reinforcing ability than other market products in the case of PA 6,6 matrix. However they couldn't perform the same reinforcing ability in the case of PBT matrix.