İyonlaştırıcı radyasyonun platinle kürleştirilmiş silikon elastomerlerin kimyasal ve fiziksel özelliklerine etkisi
Effect of ionizing radiation on the chemical and physical properties of platinum cured silicone elastomers
Yazar: ZÜHRA ÇINAR ESİN
Danışman: PROF. DR. MURAT ŞEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasının temel amacı platin katalizör ile kürleştirilmiş vinil-metil-polisiloksan (VMQ) ve fenil-vinil-metil-polisiloksan (PVMQ) elastomerinin iyonlaştırıcı radyasyonla etkileşimi sonucunda yapısal, mekanik ve dinamik-mekanik özelliklerinde meydana gelen değişimlerin detaylı bir şekilde araştırılmasıdır.
İlk olarak farklı platin ve pişirici oranına sahip silikon hamurlar hazırlanmış ve hazırlanan hamurların hareketli kalıp reometresi ile reolojik özellikleri incelenmiş; optimum pişirici oranı ve optimum sıcaklık ve pişme süresi belirlenmiştir. Daha sonra hazırlanan VMQ ve PVMQ elastomerler iyonlaştırıcı radyasyon ile 0-100 kGy aralığında ışınlanmıştır. Işınlanan örneklerin önce gerinim-gerilim, sertlik ve kalıcı deformasyon özellikleri karşılaştırmalı bir şekilde incelenmiştir ve ışınlamanın mekanik özellikler üzerindeki etkisi ortaya konmuştur. Işınlamanın enerji sönümleme üzerindeki etkisini aydınlatmak için ise öncelikle evrensel test cihazının basma düzeneği kullanılarak statik koşullarda döngülü sıkıştırma testleri gerçekleştirilmiştir. Basma testlerinden elde edilen histerisis eğrileri detaylı bir şekilde değerlendirilmiş ve ışınlama ile hem VMQ hem de PVMQ elastomerinin enerji sönümle kapasitesinin statik koşullarda nasıl değiştiği ortaya konmuştur. Tez çalışmanın ikinci bölümünde enerji sönümleme özelliklerinin dinamik koşullarda nasıl değiştiğini incelemek amacıyla Elastomer Test Sistemi (ETS) kullanılarak farklı sıcaklıklarda dinamik mekanik testler gerçekleştirilmiştir. Buradan elde edilen sonuçlarla hem iyonlaştırıcı radyasyonun hem de sıcaklığın dinamik-mekanik özellikler üzerinde yarattığı etki ortaya konmuştur. Tüm bu çalışmalara ek olarak hazırlanmış olan VMQ ve PVMQ elastomerinin iyonlaştırıcı radyasyonla etkileşimi sonucunda doğal frekansta dinamik-mekanik özelliklerinde meydana gelen değişimlerde incelenmiştir.  Doğal frekanstaki dinamik-mekanik özelliklerdeki değişimler Dinamik Mekanik Yelzley Osilografi (DMYO) cihazı kullanılarak incelenmiştir. Son olarak şişme çalışmaları ile hem VMQ hem de PVMQ elastomerinin çağraz bağ yoğunluğu (ÇBY) değerleri hesaplanmış ve ağ yapısında meydana gelen değişimler ortaya konmuştur.
Yapılan tüm bu çalışmaların sonucunda iyonlaştırıcı radyasyonun platin ile kürleştirilmiş VMQ ve PVMQ elastomeri üzerindeki ana etkisinin çapraz bağ yoğunluğunu arttırmak olduğu bulunmuştur. Bunun yanı sıra iyonlaştırıcı radyasyonu kullanarak mekanik özelliklerin kontrollü bir şekilde değiştirilmesinin mümkün olduğu ortaya konmuştur. Ayrıca silikon kauçuklar kullanılarak hazırlanacak titreşim sönümleyici malzemelerin frekans, sıcaklık gibi etkin çalışma aralıkları hakkında detaylı bilgiler edinilmiş ve radyasyona maruz kalmaları durumunda sönümleme kapasitelerinde meydana gelebilecek değişimler hakkında bilgiler elde edilmiştir.

Abstract:
The main purpose of this thesis is to investigate the change in mechanical, dynamic mechanical, and structural properties of platinum-cured VMQ and PVMQ elastomers irradiated with ionizing radiation.
Firstly, silicone compounds with different platinum and curing agent ratios were prepared, and the rheological and mechanical properties of these compounds were examined in order to determine the optimum curing agent ratio, as well as the optimum curing temperature and time. Then, the thermally cured VMQ and PVMQ elastomers were irradiated with ionizing radiation in the range of 0-100 kGy. The stress-strain behaviour, hardness, and permanent deformation properties of the irradiated and unirradiated samples were examined to reveal the effect of irradiation on the mechanical properties. To examine the effect of irradiation on damping capacity, cyclic compression tests under static conditions were conducted using a universal testing machine's compression apparatus. The hysteresis curves obtained from compression tests were thoroughly evaluated, revealing how irradiation affects the energy dissipation capacity of both VMQ and PVMQ elastomers under static conditions.
Dynamic mechanical tests at different temperatures were applied to all VMQ and PVMQ elastomers by using an Elastomer Test System to examine in detail how the energy dissipation properties change under dynamic conditions. The results obtained from ETS showed the effect of both ionizing radiation and temperature on dynamic mechanical properties. In addition to all these studies, the changes in the dynamic mechanical properties at the natural frequency of both VMQ and PVMQ elastomers with ionizing irradiation were examined in detail using DMYO. Finally, the crosslink density of both VMQ and PVMQ elastomers was calculated using the equilibrium swelling method and it was revealed the changes in the network structures of VMQ and PVMQ elastomers with irradiation.
To sum up, it was observed that the main effect of ionizing radiation on platinum-cured VMQ and PVMQ elastomers is to increase the crosslink density. Furthermore, it has been demonstrated that it is possible to selectively alter the mechanical properties of platinum cured VMQ and PVMQ elastomers by using ionizing radiation. 
Detailed information has also been obtained regarding the effective operating ranges of vibration damping materials prepared using silicone rubbers, such as frequency and temperature, and detailed information has been provided about the changes in damping capacity that may occur when exposed to radiation.