Silikon elastomerlerin sönümleme özelliğini kontrol eden yapısal parametrelerin belirlenmesi
Identification of structural parameters controlling damping property of silicone elastomers
Yazar: GÖZDE BİRİNCİ
Danışman: PROF. DR. MURAT ŞEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Silikon kauçuklar günümüzde endüstride geniş bir kullanım alanına sahiptir. Diğer kauçuk türlerine göre birçok avantajı vardır. Bunlardan başlıcaları; yüksek ve düşük sıcaklıklarda özelliklerinin değişmemesi, iklim koşullarından etkilenmemesi, çok yüksek yalıtım özelliği göstermesidir. Bu ve bunun gibi birçok avantajından
dolayı günümüzde elektrik-elektronik sektörü, otomotiv sektörü, gıda, tıp ve inşaat sektöründe sıklıkla kullanılmaktadır. Ses, basınç dalgalanmaları tarafından yaratılan bir olgudur. Ancak sürekli ses makinelerde enerjinin boşa harcanmasına neden olmaktadır. Silikon elastomerler de yüksek sönümleme kapasitesine sahip olmasından dolayı makinelerde boşa harcanan enerjinin engellemesinde oldukça önemli bir yere sahiptir. Bu tezde silikon elastomerlerin enerji sönümleme özelliklerini kontrol eden yapısal parametrelerin belirlenilmesine çalışılmıştır. İlk olarak farklı kaynaklardan elde edilen silikon tipleri kullanılarak karışımlar hazırlanmıştır. Hareketli Kalıp Reometresinde (MDR) 180 oC ve 20 dakika süresince karışımların pişme özellikleri incelenmiştir. MDR cihazındaki sonuçlardan en yüksek delta tork değeri Silplus 80 silikonunda elde edilmiştir. R752/50 ise en düşük delta tork değerine sahiptir. Kopma uzama eğrileri incelendiğinde en fazla uzamanın R752/50 silikon elastomer örneğine ait olduğu görülmüştür. Silplus 80 ve Ravasil 70 örneklerinde en az uzama değeri elde edilmiştir. Çapraz bağ yoğunluğu Kauçuk Proses Analizörü (RPA) cihazında frekans taraması yapılarak belirlenmiştir. En yüksek çapraz bağ yoğunluğuna sahip olan örnek Silplus 80 silikon elastomerinde elde edilmiştir en düşük çapraz bağ yoğunluğuna sahip olan elastomer R752/50'dir. Pişmiş ve pişmemiş örneklerde gerinim taraması yapmak için frekans 1,0 Hz'de sabit tutulurken, 50 oC'da gerinim taraması yapılmıştır. Gerinim aralıkları ise 0,007-12,942 o'dir. Strain (gerinim) taraması malzemedeki Payne etkisini görmek amacıyla yapılmıştır. En büyük delta G' değerleri arasındaki fark Silplus 70 örneğinde görülmüştür. En düşük G' değerleri arasındaki fark R752/50 örneğine aittir. G' değerinin küçük olması da daha düşük Payne etkisi, daha güçlü dolgu maddesi-polimer etkileşimi ve daha iyi dolgu maddesi dağılımı anlamına gelmektedir. Termal Gravimetrik Analiz (TGA) sonuçlarına baktığımızda en yüksek bozulma sıcaklığı Ravasil 70 örneğine ait olup sıcaklık değeri de 606,0 oC'dir. En düşük bozulma sıcaklığı R752/50 örneğimize ait olup 532,5 oC'dir. Silikon elastomerlerin bu temel karakterizasyon çalışmalarından sonra enerji sönümleme özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla, Sıcak pres kullanılarak disk şeklinde örnekler hazırlanmıştır. Hazırlanan disklere Evrensel Test Cihazı kullanılarak tek yönlü %10,%20,%30, %40 ve %50 oranlarda 10 döngülü sıkıştırma testi yapılmıştır. Sıkıştırma testi verilerinden yararlanılarak birim hacim başına absorplanan enerji değerleri bulunmuştur. Hareketli kalıp reometresinde de en yüksek delta tork değerine sahip olan Silplus 80'in en yüksek absorplanan enerji değerine sahip olduğu görülmüştür. Bu çalışmaların sonunda
enerji sönümleme özellikleri ile silikonun sertlik ve çapraz bağ yoğunluğu gibi yapısal parametreleri ile enerji sönümleme özellikleri arasında bir ilişkinin olduğu görülmüştür. Çapraz bağ yoğunluğu artırılarak enerji sönümleme özelliğinin artırılacağına varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Silikon elastomer, sönümleme, payne etkisi, çapraz bağ yoğunluğu, reoloji

Abstract:
Silicone elastomers are one of the sytnthetic elastomer used in many areas. Silicone elastomers have many advantages comparison to other elastomers. The main ones are that their properties do not change at high and low temperatures, not affected by climate conditions, and also they show very high insulation properties. Because of this and many such advantages, silicone elastomers often used today in the electrical-electronics sector, automotive sector, food, medicine and construction sector. Sound is a phenomenon that is created by pressure fluctuations. Continuous sound has caused waste of energy in machines. Silicone elastomers also have play a very important role in preventing wasted energy in machines due to their high damping capacity.
Aim of this thesis is to identificate of structural parameters controlling damping property of silicone elastomer. Six different silicone elastomer mixtures have been prepared. The vulcanization properties of the mixtures were examined in the moving mold rheometer (MDR) device for 180 oC and 20 minutes. The Silplus 80 has the highest delta torque value, the R752/50 has the lowest delta torque according to the results of MDR device. According to the result of tensile test, the maximum elongation was found to belong to R752/50. Silplus 80 and Ravasil 70 also have minimum elongation values. Silplus 80 and Ravasil 70 are harder material and the R752/50 is more flexible. The crosslink density was determined by using frequency sweep in the rubber process analyzer (RPA) device. According to the result of frequency sweep, the sample with the highest cross-link density is  Silplus 80  and the sample with the lowest cross-link density is R752/50, which is 0.0967. The strain sweep was performed to examine the Payne effect on the material. The difference between the largest delta G' values were observed in the Silplus 70 sample. The difference between the lowest G' values belong to R752/50. A smaller G ' value also means lower Payne effect, stronger filler-polymer interaction and better filler distribution. As a results of thermal gravimetric analysis (TGA), the highest distortion temperature belongs to Ravasil 70 sample and the temperature value is 606.03 oC. The lowest distortion temperature is 532.50 oC which belongs to R752/50.
Energy damping properties of silicone elastomers were studied after these basic characterization studies. For this purpose,
To observe the compressive behavior of the mixtures, a 10-cycle compression test was applied under 10%, 20%, 30%, 40% and 50% compression ratio. Curves obtained from compression test, the absorbed energy values of the mixtures were calculated and the damping properties of the mixtures were determined. Silplus 80, which has the highest delta torque value on the moving die rheometer, has the highest absorbed energy value. To conclude,it was observed that there was a relationship between the energy damping properties and the structural parameters of silicone, such as hardness and crosslink density, and the energy damping properties. It was concluded that the energy damping property would be increased by increasing the crosslink density.

Keywords: Silicone elastomer, payne effect, crosslink density,thermal analysis ,rheology,damping.