PECVD yöntemi ile  polimerle kaplanmış grafen bazlı epoksi kompozit özelliklerinin incelenmesi
Investigation of epoxy composite properties based on graphene coated with polymer by PECVD method
Yazar: DUYGU YANARDAĞ
Danışman: PROF. DR. GÜLNARE AHMETLİ ; DOÇ. DR. MUSTAFA KARAMAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Üstün özelliklerinden dolayı, grafen nanopartiküller (GNP) son yıllarda polimer kompozitlerin üretimi için takviye maddesi olarak kullanılmak üzere büyük ilgi görmüştür. Bu tür kompozitlerin hazırlanmasında, nanopartiküllerin matris içindeki homojen dağılımı nihai kompozitin özelliklerini geliştirmek için çok önemlidir, çünkü işlem görmemiş GNP'ler karıştırma işlemi sırasında topaklanma eğilimi gösterir. Dolgu ve matris arasında daha iyi dağılım ve uyumluluk sağlamak için, GNP'lerin yüzey modifikasyonu tercih edilen bir yoldur. Bu çalışmada, döner yataklı Plazma Destekli Kimyasal Buhar Biriktirme (PEVCD) yöntemi kullanılarak, GNP yüzeyi fonksiyonel hale getirilmiştir. Epoksi matriste tam ıslanma ve düzgün dağılım sağlamak için ince bir poli(glisidil metakrilat) tabakası (PGMA), ilk kez tarafımızdan GNP'lerin yüzeyleri üzerine kaplanmıştır. İşlem görmemiş ve plazma ile modifiye edilmiş GNP'ler ile hazırlanmış epoksi kompozitlerde %0.1-%2 arasında değişen oranlarda takviye kullanılmıştır. GNP'lerin plazma modifikasyonunun epoksi kompozitlerin yapı ve morfolojisi üzerindeki etkisi X-ışını Kırınım (XRD), Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve Geçirimli Elektron Mikroskopu (TEM) kullanılarak değerlendirilmiştir. PGMA ile modifiye edilmiş grafen nano partiküllerin epoksi kompozitlerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi detaylı olarak incelenmiştir. Ek olarak termogravimetrik analiz (TGA) tekniği kullanılarak modifiye edilmiş ve edilmemiş GNP ile hazırlanan kompozitlerin termal özellikleri incelenmiştir. Bu sonuçlar saf epoksi kompoziti ile karşılaştırılmıştır. Çekme dayanımı modifiye edilmemiş GNP kompozitlerinde en fazla %58 artış gösterirken, PGMA modifiyeli GNP kompozitlerinde en fazla %92 artış göstermiştir. TEM sonucunda yüksek miktarda dolgu eklendiği zaman topaklanmalar olduğu gözlenmiştir. Termal analiz sonuçlarında ise tüm kompozit değerlerinde çar oranının saf epoksi kompozitinden daha fazla elde edildiği görülmüştür. Su sorpsiyonu, ER/GNP kompozitleri için %0.83-0.91, ER/PGMA-GNP kompozitleri için ise %0.59-0.81 olarak bulunmuştur.

Abstract:
Due to their superior properties, graphene nanoplatelets (GNP) have gained great interest in recent years to be used as highly efficient fillers for the production of polymer composites. In the preparation of such composites, the uniform dispersion of the nanoplatelets in the matrix is very important to improve the properties of the final composite since pristine GNPs tent to aggregate during the mixing process. To ensure the better dispersion and compatibility between filler and matrix, surface modification of GNPs is a preferable way. In this study, GNPs surfaces was functionalized by using rotating-bed plasma enhanced chemical vapor deposition (PEVCD) method. A thin layer of poly(glycidyl methacrylate) (PGMA) was coated on the surfaces of GNPs to ensure complete wetting and uniform dispersion in the epoxy matrix. With the continuous agitation of the particles during PECVD, the GNP surfaces are exposed uniformly to the plasma, which is very limited when the particle bed is stationary. Epoxy composites filled with pristine and plasma-modified GNPs were prepared at different loading levels (0.1-2%). The effect of plasma modification of GNPs on the structure and morphology of epoxy composites was evaluated using X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM and transmission electron microscope (TEM) techniques. The effect of PGMA modified GNPs on the mechanical properties of epoxy composites was investigated in detail. In addition, the thermal properties of composites prepared with modified and unmodified GNP were investigated by using thermogravimetric analysis (TGA) technique. Tensile strength increased by up to 58% in the unmodified GNP composite, while the PGMA modified GNP composite showed a maximum increase of 92%. The TEM microphotographs were showed that adding low amounts of filler was better to prevent agglomeration. In the thermal analysis results, it was observed that the char ratio of all graphene/epoxy was obtained more than the pure epoxy.