Karbon elyaf kaplama türlerinin ve uyumlaştırıcıların karbon elyaf takviyeli poli(fenilen sülfid) kompozitlerinin özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effects of carbon fiber sizing agents and compatibilizers on the properties of carbon fiber reinforced poly(phenylene sulphide) composites
Yazar: BEDRİYE ÜÇPINAR
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE AYTAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Elyaf takviyeli termoplastik kompozitlerde matris-elyaf arayüzey bağlanması malzemenin son mekanik özellikleri üzerinde önemli etkilere sahiptir. Arayüzey bağlanmasını artırmak için elyaf yüzeyinin ön kaplanması ve uyumlaştırıcı ilavesi gibi çeşitli yöntemler mevcuttur. Bu çalışmanın amacı da; karbon elyaf (KE) takviyeli poli(fenilen sülfid) (PPS) kompozitlerinin arayüzey bağlanmasının ve son özelliklerinin iyileştirilmesidir. Bu amaçla öncelikle, üç farklı kaplama malzemesi ile ön kaplanmış KE takviyeli PPS kompozitleri hazırlanmıştır. Kaplama malzemesi olarak poliüretan (PU), epoksi-fenoksi (EP) ve poliamid (PA) seçilmiş ve KE matrise %10 oranında ilave edilmiştir. Hazırlanan kompozitlerin mekanik, ısıl ve morfolojik özellikleri çekme, dinamik mekanik analiz (DMA) diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), termogravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) analizleri ile incelenmiştir. Tüm test sonuçları değerlendirildiğinde, en yüksek mekanik özellikleri PU kaplamasının sağladığı görülmüştür. Mekanik ve morfolojik açıdan en düşük özellikleri gösteren ise PA-KE/PPS kompoziti olmuştur. Bu yüzden PA-KE/PPS kompozitinin özelliklerini iyileştirmek amacı ile kompozite üç farklı uyumlaştırıcı % 0,5, 1 ve 1,5 oranlarında eklenmiştir. Uyumlaştırıcı olarak Joncryl, 1,4-fenilen bis(2-oksazolin) (PBO) ve aminopropil izobütil poli(hedral oligomerik silseskuiokzan) (APOSS) kullanılmıştır. Uyumlaştırıcı türü ve miktarının kompozitlerin özellikleri üzerine etkisi karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, tüm uyumlaştırıcı türleri kompozitin özelliklerinde iyileşme sağlamıştır. FTIR ve SEM ve DMA analizi sonucunda, PPS ve KE arasında en iyi arayüzey etkileşimini % 1,5 Joncryl ilavesinin sağladığı görülmüştür. Yine çekme testi sonuçları da % 1,5 Joncryl ilave edilen kompozitin en yüksek mekanik özellikleri sağladığını göstermiştir.

Abstract:
Interfacial adhesion between the matrix and fiber has significant effect on the mechanical properties of the fiber reinforced thermoplastic composites. There are various methods to improve the interfacial adhesion, such as sizing and compatibilization. The aim of this study, to improve the interfacial adhesion and final properties of carbon fiber (CF) reinforced poly (phenylene sulfide) (PPS) composites.  For this purpose firstly, polyurethane (PU), epoxy-phenoxy (EP) and polyamide sized CF reinforced PPS composites were prepared. The mechanical, thermal and morphological properties of prepared composites were investigated by tensile test, dynamic mechanical analysis (DMA), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). When all the test results were evaluated, the highest mechanical properties were observed for the PU sized CF. PA-CF/PPS composites showed the lowest mechanical and morphological characteristics. Therefore, in order to improve the properties of PA-CF/PPS composites, three different compatibilizers were added at the rates of 0.5, 1 and 1.5 wt%. Joncryl, 1,4-phenylene bis(2-oxazoline) (PBO) and aminopropyl isobutyl polyhedral oligomeric silsesquioxane (APOSS) were used as compatibilizers. The effect of the type and amount of compatibilizers on the properties of the composites was compared. As a result, all compatibilizers improved the properties of composites. FTIR and SEM and DMA analysis results showed that 1.5 wt% Joncryl addition provides the best interface interaction between PPS and CF. The tensile test results also showed that 1.5 wt% Joncryl added composite exhibited the highest mechanical properties.