Karbon siyahı tipinin ve vulkanizasyon sisteminin yeni nesil etilen propilen dien monomer (EPDM) elastomerlerinin statik ve dinamik mekanik özelliklerine etkisi
Effect of carbon black type and vulcanization system on static and dynamic mechanical properties of new generation ethylene propylene diene monomer (EPDM) elastomers
Yazar: YASEMİN DURMUŞ BAŞDEMİR
Danışman: PROF. DR. MURAT ŞEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Enerji sönümleme = Energy damping ; Karbon siyahı = Carbon black ; Lastik = Tire ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Çapraz bağlama = Cross linking

Özet:
Bu tezin amacı, temel araştırma olarak yüksek molekül ağırlıklı ve dar molekül ağırlığı dağılımına sahip yeni nesil EPDM karışımlarında dolgu olarak kullanılan karbon siyahının tipinin, miktarının ve pişirici olarak kullanılan kimyasalların elastomerlerin reolojik, mekanik ve dinamik özellikleri üzerindeki etkilerin incelenmesidir. Bu hedef doğrultusunda yapılan çalışmaların sonucunda hafif raylı metro hatlarında titreşim sönümleyici/önleyici olarak kullanılabilecek EPDM esaslı potansiyel hamur reçete(leri) belirlenmiştir.
Karışım reçeteleri için dört ana grup oluşturulmuştur. Ana gruplar farklı miktarda ve tipte karbon siyahları içermektedir. Alt gruplar ise pişirici sistem farklılıkları ile oluşturulmuştur. Hazırlanan elastomer karışımlarının farklı sıcaklıklarda pişme parametreleri MDR cihazı ile incelenmiş ve pişme koşulları optimize edilmiştir. Bunun yanı sıra, reçete temelli değişikliklerin mekanik özellikler üzerindeki etkisini incelemek amacıyla gerilim-gerinim, sertlik, geri sekme elastikiyeti, oda sıcaklığında kalıcı deformasyon özellikleri incelenmiştir. Ayrıca son ürün özelliklerini ön görmek amacıyla gerilim gevşemesi ve sıcaklık karşısında kuvvet kayıpları elde edilmiştir. Tüm bunlara ek olarak, sistemlerin çapraz bağ yoğunlukları RPA ve TSSR olmak üzere iki farklı yöntem ile hesaplanmış ve vulkanizatların mekanik özellikleri ile ilişkilendirilmiştir. Her bir sistem için yapılan bu karakterizasyonların yanında, farklı deformasyonlarda uygulanan tek yönlü döngüsel sıkıştırma testleri ile histerisis eğrileri elde edilmiş, vulkanizatların enerji emme ve şok absorpsiyon kapasiteleri değerlendirilmiştir. Sonuç olarak tüm veriler karşılaştırmalı olarak irdelenmiş, optimum özelliklere sahip formülasyon flanş lastiği olarak son ürün haline getirilmiştir. Hali hazırda ülkemizde hafif raylı metro hatlarında kullanılan ithal bir flanş lastiği ile tez kapsamında elde edilen flanş lastiğinin doğal frekansı, enerji sönümleme frekans aralığı ve direngenliği Elastomer Test Sistemi kullanılarak elde edilmiş ve sönümleme özellikleri karşılaştırılmıştır. Geliştirilen reçetelere göre hazırlanan flanş lastiğinin ileride ithal ürünlerin yerini alabilecek potansiyel bir lastik sistemi olduğu sonucuna varılmıştır

Abstract:
The scope of this thesis study is that conduct fundamental research by obtaining rheological, mechanical and dynamic properties of new generation, high molecular weight-narrow molecular weight distribution EPDM based compounds possessing different filler types/contents and vulcanization systems. In addition to all of these, compounding formulation or formulations were optimized in order to obtain a potential end product as resilient wheels for light rail vehicles.
Based on these considerations, four major groups were constituted which contain different carbon black types and content. Moreover, subgroups were differentiated regarding vulcanization systems. Initially, compounds vulcanization parameters were obtained at different temperatures to optimize vulcanization by using MDR. Furthermore, stress-strain, hardness, rebound elasticity, permanent deformation properties at room temperature were investigated in order to examine the effects of formulation-based changes on mechanical features. To predict service life of vulcanizates as an end product, stress relaxation and force temperature relation were observed. Crosslink density of elastomer systems were evaluated two different aspect of view, RPA and TSSR techniques. By applying cyclic loading at different deformations, hysteresis of elastomer systems was attained; therefore, energy and shock absorption capacity of vulcanizates were evaluated. In conclusion, comparative study examined thoroughly in terms of mechanically and dynamically; thus, the formulation possessing optimized properties was prepared as a resilient wheel end product for industrial phase. Finally, natural frequency, energy dissipation frequency range and stiffness were determined for both benchmark and the end product by using MTS method to compare damping characteristics.