Poliolefin elastomer esaslı kablo dış kılıfının yanmazlık özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of flame retarding performance of polyolefin based cable outer sheath
Yazar: ÖZLEM HACIOĞLU
Danışman: PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Alev geciktirici = Flame delayer ; Kablo kılıfları = Cable sheaths ; Kablo üretimi = Cable production ; Polimer malzemeler = Polymer materials ; Yanma dayanımı = Combustion resistance

Özet:
Bu çalışmada, amonyum polifosfat/pentaeritritol esaslı kabaran alev geciktirici (IFR) sistemin organo-modifiye sepiyolit nanokil (SP) ile poliolefin elastomer/lineer düşük yoğunluklu polietilen esaslı kablo dış kılıf bileşim (compound) formülasyonlarında sinerjik etkisi sistematik olarak değerlendirilmiştir. 
Elde edilen farklı formülasyondaki kablo dış kılıf bileşimlerinin mekanik, termal, alev geciktirici ve morfolojik özellikleri, çekme test cihazı, termogravimetrik analiz cihazı, limit oksijen indeks cihazı, konik kalorimetre cihazı ve taramalı elektron mikroskobu ile analiz edilmiştir. Analiz sonuçları ağırlıkça %60 alev geciktirici katkı maddesi olarak metal hidroksit esaslı ATH içeren ve ticari kullanıma sahip olan referans bileşim formülasyonu ile karşılaştırılmıştır.
Bileşim formülasyonlarında, ağırlıkça %25-60 arasında değişen oranlarda kabaran alev geciktirici katkı kullanılmıştır. Ağırlıkça %60 oranında IFR katkısının mekanik değerleri olumsuz etkilediği ve referans bileşimden (compound) beklenen özelliklerin daha düşük katkı oranlarıyla sağlanabildiği gözlenmiştir. IFR oranının %40'tan %25'e düşürülmesi, sadece çekme mukavemetini ve kopma uzama değerlerini iyileştirmekle kalmamış, aynı zamanda ST8 tipi kablo dış kılıf standardının zorunlu yanıcılık gerekliliklerini de sağlamıştır. 
Bileşim formülasyonlarına ağırlıkça %3 ve %5 oranında damlama önleyici bir ajan olarak organo-modifiye SP nanokil eklenmesi, LOI değerlerini %27 ila %30 arasında bir miktar iyileştirmiştir. SP nanokilinin eklenmesi ve eklenmemesi durumlarında bileşimlerim termal özellikleri, IFR konsantrasyonunun arttırılmasıyla belirli bir dereceye kadar iyileştirilmiştir. Konik kalorimetre sonuçlarına göre, bileşimlerin ısı salım hızı ve toplam ısı salım değerleri gibi yanıcılık parametreleri, hem IFR hem de SP nanokil eklenmesiyle önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Ayrıca, damlama önleyici bir ajan olan SP nanokil ilavesi yanma hızını azaltarak, SEM analizi ile konik kalorimetri testine tabi tutulan numune kalıntılarının yüzeylerinde daha az çatlak ve delik ile daha pürüzsüz ve daha kompakt bir karbon kalıntısı sağladığı gözlenmiştir. Yanma sonrası oluşan karbon kalıntısı sebebiyle yanma sırasında polimer yüzeydeki ısı ve kütle transferini sınırlandırdığı kanıtlanmıştır.

Abstract:
The synergistic effect of organically modified sepiolite nanoclay (SP) in conjunction with aluminum polyphosphate/pentaerythritol as an intumescent flame retardant (IFR) additive on the polyolefin elastomer/linear low-density polyethylene compound is systemically investigated. The mechanical, thermal, flame-retardant, and morphological properties of obtained compounds are analyzed by tensile test, thermogravimetric analysis, fire testing technology limiting oxygen index analyzer, cone calorimeter, and scanning electron microscopy and compared with the reference compound which is containing metal hydroxide-based ATH with 60%wt as a flame-retardant additive. 
Different IFRs ratio from 25 to 60%wt is used in compound receipts. The reduction of IFRs ratio from 40 to 25%wt not only improved tensile strength and elongation at break values but also provided to mandatory flammability requirements of the ST8 type cable standard. 
The introduction of organomodified SP nanoclay as an anti-dripping agent with 3 and 5%wt into the compounds has been slightly improved the LOI values between 27 and 30%. Thermal properties of compounds in the absence or presence of SP nanoclay are slightly improved by increasing IFR concentration. According to cone calorimeter results, the flammability parameters of the compounds such as heat release rate and total heat release values are significantly improved by incorporation of both IFR and SP nanoclay. Furthermore, the addition of SP nanoclay an anti-dripping agent reduces the burning rate, limiting the heat and mass transfer on the surface that proved as a smoother and more compact carbonaceous residue with less cracks and holes on their surface by SEM analysis