Grafen nanotüp ve cam elyafla güçlendirilmiş LED ile kürlenen polyester kompozit üretiminin araştırılması
Investigation of production of glass fiber and graphene nanotube reinforced LED curing polyester composite
Yazar: AZİME SUBAŞI
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET EMİROĞLU ; DOÇ. DR. AHMET DEMİR
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Gelişen teknoloji ve sanayileşme, yeni malzemelerin keşfedilmesine ve geliştirilmesine neden olmuş, yüksek mekanik, fiziksel özelliklerin yanında yüksek korozyon direnci, sertlik, sıcaklık, hafiflik ve elektrik iletkenliği gibi özelliklere sahip olan kompozitlerin üretilmesine olanak sağlamıştır.  Polimer kompozit üretiminde cam veya karbon elyaf takviyesi yanında özellikle son yıllarda nano partikül katkılı kompozitlerin üretimi önemli ölçüde artmıştır. Bu kapsamda son yıllarda Grafen Nanotüp (GNT)'ler iyi sertlik, olağanüstü dayanım, elektriksel özellikleri, mükemmel optik, ultra düşük ağırlık ve termal özellikleri nedeniyle araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Işık Yayan Diyot (LED) ile kürlenen polimer teknolojisi belirli alanlarda kullanılmasına rağmen mühendislik uygulamalarında kullanımı çok yeni bir konudur. Fotobaşlatıcı içeren polimer matrisler belirli bir dalga boyundaki LED ışığı altında hızla sertleşmeye olanak tanımaktadır. Böylece, kompozit üretim hızları artmakta ve tehlikeli madde sınıfında olan peroksitlerin kullanımını azaltılabilmektedir. Ayrıca, LED ışığı altında polimerleşme yüzeyden başladığı için üretim sürecinde açığa çıkan stiren emisyonlarının önemli miktarda azaltılması sağlanabilmektedir. 
Çalışmada matris malzemesi olarak foto başlatıcı içeren LED ile kürlenen polyester reçinesi (LED-PE), takviye elamanı olarak cam elyafı ve tek duvarlı karbon nanotüp olarak bilinen grafen nanotüp (GNT) kullanılmıştır. Kompozit üretiminde takviye malzemesi olarak dokuma cam elyafı ve %0, %0,001 , %0,003, %0,005, %0,01 ve %0,015 oranlarında GNT katılmıştır. Bu oranlara sahip GNT katkılı LED-PE kompozit ve cam elyaf dokuma takviyeli GNT'li LED-PE kompozit olmak üzere iki grup kompozit üretilerak deneyler gerçekleştirilmiştir. Sertleşmemiş reçine özellikleri için jelleşme süresi, jelleşme sıcaklığı, pik ekzoterm ve kürlenme sıcaklığı ile vizkozite ve reolojik özellikleri incelenmiştir. Üretilen GNT'li LED-PE kompozitler üzerinde ise eğilme dayanımı, çekme dayanımı, elastikiyet modülü, elastik limit, uzama yüzdesi, basınç dayanımı, Shore-D sertliği, darbe dayanımı, termal iletkenlik deneyleri ile empedans spektroskopisi, SEM,  FT-IR ve TGA analizleri uygulanmıştır.
Sonuç olarak; endüstriyel uygulamalarda kullanılabilecek LED ile kürlenen Polyester matrisli, cam elyaf ve GNT takviyeli üstün mekanik, fiziksel ve elektriksel özelliklere sahip yüksek performanslı polimer kompozit üretimi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Developing technology and industrialization have led to the discovery and development of new materials, enabling the production of composites with high mechanical and physical properties as well as high corrosion resistance, hardness, temperature, lightness and electrical conductivity. In addition to glass or carbon fiber reinforcement in polymer composite production, the production of nanoparticle added composites has increased significantly in recent years. In this context, Graphene Nanotubes (GNT) have attracted the attention of researchers in recent years due to their good hardness, outstanding strength, electrical properties, excellent optics, ultra-low weight and thermal properties. Although polymer technology cured with Light Emitting Diode (LED) is used in certain areas, its use in engineering applications is a very new subject. Photoinitiator-containing polymer matrices allow rapid curing under LED light of a certain wavelength. Thus, composite production rates increase and the use of peroxides, which are in the dangerous substance class, can be reduced. In addition, since the polymerization starts from the surface under LED light, a significant reduction in styrene emissions during the production process can be achieved.
In the study, LED-cured polyester resin (LED-PE) containing photoinitiator was used as matrix material, glass fiber as reinforcement and graphene nanotube (GNT), known as single-walled carbon nanotube. Woven glass fiber and GNT at the rates of 0%, 0.001%, 0.003%, 0.005%, 0.01%, and 0.015% were added as reinforcement material in the composite production. Experiments were carried out by producing two groups of composites, GNT added LED-PE composite and glass fiber woven reinforced GNT LED-PE composite with these ratios. Gelling time, gelling temperature, peak exotherm and curing temperature, viscosity and rheological properties were investigated for uncured resin properties. On the LED-PE composites with GNT produced, flexural strength, tensile strength, modulus of elasticity, elastic limit, elongation percentage, compressive strength, Shore-D hardness, impact strength, thermal conductivity tests and impedance spectroscopy, SEM, FT-IR and TGA analyzes were applied.
In conclusion; High-performance polymer composite with LED-cured Polyester matrix, glass fiber and GNT reinforcement with superior mechanical, physical and electrical properties that can be used in industrial applications has been produced.