Polimer esaslı kompozit malzemelere farklı dolgu maddelerinin ilavesinin mekanik ve ısıl özellikleri üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigations the effects of different fillers on mechanical and thermal properties of polymer based composite materials
Yazar: ERKİN AKDOĞAN
Danışman: PROF. DR. NUMAN BEHLÜL BEKTAŞ
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Polimerik malzemeler günlük hayatımızda birçok alanda kullanılmaktadır. Poli çoklu, mer ise yapı anlamındadır. Dolayısıyla polimer çoklu yapı anlamına gelmektedir. Petrol esaslı polimerler karbon ve hidrojenlerden oluşmaktadır. Hidrokarbonlardan oluşan bu çoklu yapılar son derece yanıcıdırlar. Farklı oranlarda farklı organik ve inorganik maddelerin ilavesi ile bu malzemelerin yanmaya karşı dirençleri arttırılabilmektedir. Fakat ilave edilen bu maddeler hidrokarbonların yanmaya karşı direncini arttırırken mekanik özelliklerini de değiştirebilmektedir. Bu çalışmada yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve polipropilen (PP) malzemelere farklı oranlarda kabaran alev geciktirici sistem ve inorganik madde ilavesi yapılmıştır. Kabaran alev geciktirici sistem olarak amonyum polifosfat (APP), melamin (MEL) ve pentaeritritol (PER) ilave edilmiştir. İnorganik dolgu maddesi olarak nanokil (NC) ilave edilmiştir. Karışım işlemini ve üretimi kolaylaştırmak için katkı maddesi olarak maleik anhidrit içerikli polimer (SC) ve polidimetilsiloksan (PDMS) ilave edilmiştir. Karıştırma işleminde çift vidalı ekstrüder kullanılmıştır. Ekstrüderde karıştırma işlemi tamamlanan polimer-katkı-dolgu karışımlarıyla, plastik enjeksiyon makinesi kullanılarak numune üretimleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen numunelerin mekanik, termal ve yanma deneyleri yapılmıştır. Bunun yanında bazı fiziksel testleri, iç yapı incelemeleri ve kimyasal analizleri gerçekleştirilmiştir. İlave edilen inorganik maddeler ve kabaran alev geciktiriciler; polimerlerin yoğunluk, sertlik, su çekme miktarı, eğilme dayanımı ve elastisite modülü değerlerini arttırırken ısıl genleşme katsayısı, çekme dayanımı ve yırtılma direnci değerlerini düşürmektedir. Izod darbe deneylerinde ortam sıcaklıkları düştükçe numunelerin darbe dirençleri düşmüştür. Polimer matrise nanokil ilavesiyle kompozitlerin erime sıcaklıkları ve kristal oranları artmıştır. PP'e, APP ve PER ilavesi camsı geçiş sıcaklığını düşürmüştür. Termogravimetrik analizlerde polimer matrise ilave edilen APP, PER, MEL ve NC 1000 °C'de kalan kütle miktarını arttırmaktadır. Kütlece %25 oranında APP ve PER ilavesiyle LOI değeri HDPE'de %26,1 değerine çıkarken, PP'de ise %29 değerine çıkmaktadır. UL 94 testlerinde kabaran alev geciktirici sistem olarak APP ve PER ilavesinde HDPE'de V2 değeri elde edilirken PP'de V0 değerine ulaşılmıştır.

Abstract:
Polymeric materials find usage in most places in our daily life. Poly means multi, meros means structure. So that the polymer refers to multi-structure which called as polymer. Petroleum-based polymers are composed of carbon atoms and hydrogen atoms. These multi-structures, made up of hydrocarbons, are extremely flammable. The fire resistance of these materials can be increased by the addition of different organic and inorganic materials in different proportions. However, added materials can change mechanical properties of hydracarbons while increasing resistance to fire. In this study, intumescent flame retardant system and inorganic material were added to high density polyethylene (HDPE) and polypropylene (PP) materials at different ratios. Ammonium polyphosphate (APP), melamine (MEL) and pentaerythritol (PER) were added as intumescent flame retardant system. Nanoclay (NC) was added as inorganic filler material. Maleic anhydride containing polymer (SC) and polydimethylsiloxane (PDMS) were added as an additive to facilitate mixing and production. Twin screw extruder was used for mixing. Samples were produced in plastic injection machine with extruded polymer-filler-additive mixtures. Mechanical, thermal and burning experiments of the specimens were carried out. Besides, some physical tests, internal structure analyzes and chemical analyzes were performed. Inorganic materials and intumescent flame retardants increase the density, hardness, water absorption ratio, flexural strength and elasticity modulus while decreases the thermal expansion coefficient, tensile strength and tear strength values. As the conditioning temperatures decreased in Izod impact tests, the impact resistance of the samples were decreased. Melting temperatures and crystallinity of the composites increased with the addition of NC to polymer matrix. The addition of APP and PER to PP decreased the glass transition temperature. The amount of mass remaining at 1000 ° C increases with the addition of intumescent flame retardant and nanoclay to polymer matrix in thermogravimetric analysis. While the addition of 25 wt% APP and PER to HDPE, LOI values increases to 26,1% and 29% in PP. In the UL 94 tests, V2 value was obtained in HDPE and V0 value was reached in PP by adding APP and PER as an intumescent flame retardant.