Elastomer-metal kompozitlerin hazırlanması ve iletkenlik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of elastomer-metal composites and investigation of conductivity properties
Yazar: EMEL COŞKUN
Danışman: PROF. DR. SATILMIŞ BASAN
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Kompozitler, birden fazla ve birbiri içinde çözünmeyen malzemelerin bir araya gelmeleri ile oluşan malzemelerdir. Genellikle düşük dayanıma sahip matris ana fazı ve bu faz içine dağılmış takviye malzemesinden meydana gelmektedir. Polimerler uzun yıllar iletkenlik açısından yalıtkan malzemeler olarak kullanılmış olup çeşitli katkı maddeleri ile bu özellikleri geliştirilmektedir. Günümüzde otomotivden uzay ve havacılık sanayine, ev aletleri ve denizcilikten savunma sanayine kadar bir çok alanda kompozit malzemeler eski çağlardan beri kullanılmaktadır.
Bu çalışmada, matris malzeme olarak polibütadien (PBD) kullanılmış olup, takviye  mazlemesi olarak da çinko, bakır ve nikel tozları ve karbon siyahı (CB) kullanılarak, farklı oranlarda CB ve metal tozları içeren CB/PBD ve Metal Tozu/CB/PBD kompozitleri hazırlanmıştır. Hazırlanan bu kompozitlerin direnç, iletkenlik, özdirenç ve öziletkenlik özellikleri incelenmiştir. İlk olarak, hazırlanan kompozitlerin iletkenlik özelliğine zamanın etkisi olup olmadığını belirlemek amacı ile, hem basınç altında hem de basınç olmadan yapılan direnç ölçümleri incelenerek, zamanla kompozitlerin elektriksel özelliklerinde değişiklik olmadığı gözlenmiştir.  
Katkı maddesi cinsi ve miktarı dikkate alınarak değerlendirilmeler yapılmıştır. Yapılan ön deneme ölçümleri sonucunda %40-50 Zn tozu içeren Zn/PBD kompozitlerinde %43 Zn tozu içeren örneklere kadar iletkenlik sağlanamazken değişik oranlarda CB ilavesi ile daha düşük Zn içeriklerinde bile iletkenlik sağlanabilmiştir. Burada CB' in sinerjik etkisi ile uyumlaştırıcı görevi yaptığı söylenebilir. Ön deneme sonuçlarına  burada  yer  verilmemiştir.
Sonraki çalışmalarda, katkı maddesi olarak Zn, Cu, Ni metal tozları  her biri %0-60 oranında, PBD ve  CB ise her birinde aynı oranda kullanılmıştır.
Zn, Ni ve Cu metal tozları ile hazırlanan örneklerle elde edilen elektriksel iletkenlik  Cu>Ni>Zn olarak gözlenirken, düşük metal tozu yüklemesinde aynı miktar CB için, yüksek direnç değerleri elde edilmiştir. 
En etkin iletkenlik özelliklerinin elde edilmesi amacı ile yapılan karşılaştırmalarda, metal tozu dolgulu kompozitlerinin düşük miktarlarda eklenmesi halinde dahi elektriksel iletkenlik özelliği gösterdiği gözlenmiştir. En iyi sonuçlara Cu içeren kompozitlerde ulaşılmıştır.
Isıl iletkenlik katsayısı ise artan dolgu maddesi konsantrosyunu ile artması beklenirken Zn katkılı kompozitte azaldığı gözlenmiştir. Cu ve Ni içeren kompozitlerde ısıl iletkenlik artarken %40 metal dolgusundan itibaren sabit  eğri çizmiştir.

Abstract:
Composites are materials formed by the combination of more than one and insoluble materials in each others. It usually consists of a low strenght matrix main phase and reinforcement material dispersed  in this phase. Polymers have been used as insulating materials in terms of conductivity for  many years and these  properties are being improved with various additives. Today, composite materials have been used since ancient times in many fields such as from automotive to aerospace industry, from home appliances and from maritime to defence industry.
In this study, polybutadiene (PBD) was used as matrix material, and prepared CB/PBD and Metal Powder/CB/PBD composites which is containing different proportions of CB and metal powders by using zinc, copper, nickel powders and carbon black (CB) as reinforcing material. The resistance, conductivity, resistivity and conductivity properties of these prepared composites were  investigated.
Firstly, in order to determine whether  time has an effect on the  conductivity of the  prepared  composites, resistance measurements made both under pressure and without the effect of pressure were examined and it was observed that there was no change in electrical properties of the composites over the time. Evaluations were made by considering the type and amount of additives. As a result of the preliminary test measurements, while conductivity could not be achieved in Zn/PBD composites containing 40-50% Zn powder, up to the samples containing 43% Zn powder, conductivity could be achieved even at lower Zn contents with the addition of CB at different rates. Here, it can be said that CB acts as a compatibilizer with its synergetic effect. Pre-trial results are not included here. 
In the following studies, Zn, Cu, Ni metal powders were used as additives at a rate of 0-60% each, while PBD and CB were  used at the  same rate in each. 
While the electrical conductivity obtained with the samples prepared with Zn, Ni and Cu metal powders was observed as Cu>Ni>Zn, high resistivity values were obtained for the same amount of CB at low metal powder loading. 
In comparisons made with the aim of obtaining the most effective conductivity properties, it has been observed that metal powder filled composites exhibit electrical conductivity properties even when added in small amounts. The best results were achieved in composites containing Cu powder.
While the thermal conductivity coefficient is expected to increase with increasing filler  concentration, it  has  beed observed to decrease in Zn doped composites.  While the  thermal conductivity increased in Cu and Ni containing composites, it drew a constant curve starting from 40% metal filling.