Otomotiv sektörü için polimer köpük malzeme üretimi ve karakterizasyonu
The production and characterization of polymer foam material for automotive industry
Yazar: SALİH HAKAN YETGİN
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ÜNAL
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Enjeksiyon kalıplama = Injection molding ; Köpük = Foam ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Polipropilen = Polypropylene

Özet:
Bu çalışmada, Polipropilen (PP) polimeri, %20talk katkılı PP (PP-T) ve %20talk/EPDM (PP-T-EPDM) katkılı PP kompozit numuneleri 60, 80 ve 100 bar enjeksiyon basıncı, 60, 80 ve 100 mm/s enjeksiyon hızı, 20, 60 ve 100 bar ütüleme basıncı ve 160, 170 ve 180oC ergiyik sıcaklığı gibi farklı enjeksiyon parametreleri kullanılarak üretilmişlerdir. Proses şartlarına göre üretilen numunelerin mekanik özellikleri tespit edilerek, hafiflik ve mukavemet özellikleri dikkate alınarak optimum şartlar belirlenmiştir. Bu optimum şartlar kullanılarak, polimer ve kompozit malzemelere ağırlıkça %1 ve %2 oranında kimyasal köpük ajanı ilave edilmiş ve gözenekli yapıda hafif malzemeler üretilmiştir. Bu üretilen polimer köpük numunelerin, hücre çapı, hücre sayısı, hücreler arası mesafe, kabuk tabakası kalınlığı ve hücre yoğunluğu gibi hücre morfolojisi karakterizasyonu, çekme ve darbe mukavemeti gibi mekanik özellikleri incelenmiştir. Buna ilaveten termal özelliklerin belirlenmesi için DSC ve TGA analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca nanokil katkıların da polimer ve köpük malzemeler üzerine etkileri araştırılmıştır. Bunun için onyum iyonu ile modifiye edilmiş nano-kil katkılı PP ve PP+EPDM esaslı polimer nanokompozit ve köpük malzemeler üretilmiştir. Nanokil karakterizasyonu için ise X ışınları difraktometresi (XRD) kullanılmıştır.Çalışmalar sonucunda, enjeksiyon basıncı, enjeksiyon hızı, ütüleme basıncı, ergiyik sıcaklığı gibi proses şartları ve köpük ajanı miktarı, üretilen polimer köpüklerin hücre morfolojisini ve mekanik özellikleri önemli oranlarda etkilemişlerdir. Genel olarak, kapalı hücreli gözenek yapısına sahip köpük numuneler üretilmiştir. Hücre morfolojisini etkileyen en önemli parametrelerin enjeksiyon basıncı, ergiyik sıcaklığı ve köpük ajanı miktarı olduğu tespit edilmiştir. Köpük ajanı miktarının artması ile hücre yoğunluğunun arttığı, köpük yoğunluğu ve mekanik özelliklerin ise azaldığı tespit edilmiştir. Talk mineralinin, çekirdekleyici ajan gibi davranarak hem mekanik özelliklerin hem de hücre morfolojisinin şekillenmesinde önemli rol oynadığı belirlenmiştir. Genel olarak, köpüklendirilmemiş PP ile karşılaştırıldığında, PP köpük numunelerinde %9-19 arası yoğunlukta azalma elde edilirken, PP-T numunesinde %10-27, PP-T-EPDM numunelerinde ise %10-24 arasında elde edilmiştir. Mekanik özelliklerdeki azalma oranı ise ortalama %20 olarak tespit edilmiştir. Talk mineraline alternatif olarak kullanılan nano-kil katkı ise mekanik özelliklerin artmasında etkili olmuştur. Nanokil oranının artması ile çekme ve elastiklik modülünün arttığı, darbe ve % uzama değerlerinin azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca, PP-g-MA uyumlaştırıcı kullanımı da nano-kil katkılı kompozitin çekme, % uzama ve darbe mukavemet değerlerinin artmasına sebep olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, PP polymer, 20%talc filled PP (PP-T) and 20%talc/EPDM filled PP (PP-T-EPDM) polymer foam materials were produced with using injection parameters such as injection pressure (60, 80 and 100 bar), injection speed (60, 80 and 100 mm/s), back pressure (20, 60 and 100 bar) and melt temperature (160, 170 and 180oC). To produce foam materials, chemical foaming agent was used, and added to polymer materials as 1wt.% and 2wt.%. The mechanical properties of foam samples were determined depend on process parameters and, optimum parameters determined by taking into lightness and strength properties of samples. Cell morphology characterization such as cell diameter, cell count, distance between cells, skin layer thickness and cell density, and mechanical properties such as tensile and impact strength of polymer foams were examinated. DSC and TGA analysis realized for determined thermal properties of polymer foams. In addition, the effect of nano-clay was investigated on polymer and foam materials. Modified nano-clay with onium ion filled PP and PP/EPDM based polymer nano composites and foams were produced. X-Ray diffraction (XRD) was used characterization of nano-clay filled nanocomposites. Process parameters such as injection pressure, injection speed, back pressure and melt temperature, and amount of foaming agent was affected cell morphology and mechanical properties of polymer foams. Generally, closed-cell foam structure was obtained. The most important parameters affecting the cell morphology has been found that injection pressure, melt temperature and amount of foaming agent. With increasing the amount of foaming agent, cell density increased, foam density and mechanical properties decreased. Talc mineral act as a nucleating agent, and influenced both mechanical properties and cell morphology of polymer foam material. In general, as compared with unfoamed PP, density reduction were obtained about 9-19% for PP foam, 10-27% for PP-T and 10-24% for PP-T-EPDM foam. Nano clay that used as alternative to talc minerals have been effective in increasing the mechanical properties. With increasing amount of nano-clay, tensile and modulus of elasticity increases, impact and % elongation values decreased. Tensile strength, impact strength and elongation at break values increased with the addition of PP-g-MA compatibilizer to the polymer and polymer composites.