Elyaf takviyeli poliketon ve poliketon/poliamid 6 kompozit üretimi
Fiber reinforced polyketone and polyketone/polyamide 6 composite production
Yazar: İREM NEHİR UYSAL
Danışman: PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Fonksiyonel poliamidler = Functional polyamides ; Kompozit polimerler = Composite polymers

Özet:
Bu tezde, %30 cam elyaf takviyeli poliketon (PK) ve poliketon/poliamid 6 (PK-PA6) karışımları, çift vidalı ekstrüder kullanılarak homojen bir şekilde hazırlanmıştır. Karışımların oluşturulmasında iki farklı MFI (Eriyik akış indeksi) değerine sahip PK terpolimeri ve bir PA-6 kullanılmıştır. PK ve PK/PA-6 kompozitlerinin hazırlanmasında, PK ve PA-6 oranına göre iki farklı cam elyaf %30 oranında kullanılmıştır. 534A tipi elyaf, polietilen tereftalat ve polibütilen tereftalat ile uyumlu olan silan bazlı boyutlandırıcı ile işlenmiştir. 568H tipi cam elyaf ise, PA-6 ve PA-66 ile uyumlu olan silan bazlı boyutlandırıcı ile işlenmiştir. Bu işlem, elyaf-matris arayüzünde uyumluluğu artırmak ve kompozit malzemenin mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. 
Ayrıca, uyumlaştırıcı olarak etilen terpolimeri (C1) ve maleik anhidrit aşılı polietilen (C2) kullanılmıştır. Kompozitlerin işlenebilirliğini artırmak ve sürtünme özelliklerini iyileştirmek için kaydırıcı olarak çinko stearat kullanılmıştır. Bu katkı maddenin, kompozit malzemelerin üretim sürecindeki performansını arttırdığı gözlemlenmiştir.
İki uyumlaştırıcının, etilen terpolimer (C1) ve maleik anhidrit aşılı polietilenin (C2), %30 cam elyafı ile takviye edilmiş poliketon (PK) ve poliketon/poliamid 6 (PK/PA-6) karışım kompozitlerinin mekanik, termal ve tribolojik özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. %30 cam elyaf ile takviye edilmiş PK kompozitlerinde, mekanik test sonuçları, C2'nin cam elyaflar ile PK matrisi arasındaki uyumluluğu arttırarak darbe dayanımını (%48,8'den fazla) ve kopma uzamasını (%13,3'ten fazla) önemli ölçüde artırdığını göstermiş, bu da maleik anhidrit fonksiyonelliğine atfedilmiştir. %30 cam elyaf takviyeli PK/PA-6 karışım kompozitlerinin çekme ve eğilme özellikleri, onun bileşenleri olan saf PK/GF30 ve PA-6/GF30 kompozitlerinin değerleri arasında belirlenmiştir. Özellikle, bu karışım kompozitlerinin saf PK/GF30 ve PA-6/GF30 kompozitlerinden daha yüksek darbe dayanımı (19,6 kJ/m²) ve kopma uzaması (4,86%) değerleri sergilediği görülmüştür. SEM görüntüleri, C2'nin cam elyafları ile matris arasında daha iyi bir arayüz oluşturduğunu ve daha uyumlu bir yapıya neden olduğunu öne sürmektedir. Diferansiyel taramalı kalorimetre analizi, iki farklı cam geçiş sıcaklığı vermektedir, bu da iki fazın varlığını ve iki polimerin uyumsuzluğunu yansıtmaktadır. Tribolojik çalışmalar, PK/PA-6/GF30 kompozitlerinin sürtünme katsayılarının ve özel aşınma hızlarının PK segmentinin artmasıyla iyileştirdiğini göstermektedir. PK-25/PA6-50/GF30-C2 örneği, 0,341 μ sürtünme katsayısı ve 1,15 10-6 mm³/Nm aşınma oranı sergilemiştir. Genel olarak, C2, C1'den daha uygun bir uyumlaştırıcı olduğunu kanıtlamış ve gelişmiş özelliklere sahip yüksek performanslı malzemeleri şekillendirmek için uygun sonuçlar sunmuştur.

Abstract:
In this thesis, 30% glass fiber reinforced polyketone (PK) and polyketone/polyamide 6 (PK-PA6) blends were prepared homogeneously using a twin screw extruder. PK terpolymer with two different MFI (Melt flow index) values and a PA-6 were used in the blends. The PK and PK/PA-6 composites were prepared with two types of E-glass fibers added at an amount of 30 wt %. The 534A-type fibers were treated with a silane-based sizing, compatible with poly(ethylene terephthalate) and poly(butylene terephthalate) and the 568H-type fibers (were treated with a silane-based sizing, compatible with PA-6 and PA-66. This process was preferred to increase compatibility at the fiber-matrix interface and improve the mechanical properties of the composite material.
The ethylene terpolymer (C1) and maleic anhydride grafted polyethylene (C2) were used as compatibilizers, while zinc stearate was used as a lubricant.
The impact of two compatibilizers, ethylene terpolymer (C1) and maleic anhydride grafted polyethylene (C2), on the mechanical, thermal, and tribological properties of 30% glass-fiber-reinforced polyketone (PK) and polyketone/polyamide 6 (PK/PA-6) blend composites was investigated. In the case of 30% glass-fiber reinforced PK composites, the mechanical test results showed that C2 significantly improves the impact resistance (over 48.8%) and elongation at break (over 13.3%) values due to the enhanced compatibility between glass fibers and the PK matrix, attributed to the maleic anhydride functionality. The tensile and flexural properties of the 30% glass-fiber reinforced PK/PA-6 blend composites were determined to be between the values of pure PK/GF30 and PA-6/GF30 composites, which were its constituent components. Notably, these blend composites displayed higher impact resistance (19.6 kJ/m²) and elongation at break (4.86%) values than the pure PK/GF30 and PA-6/GF30 composites. The SEM images suggested that C2 creates a better interface between glass fibers and the matrix, resulting in a more cohesive structure. Differential scanning calorimeter analysis revealed two distinct glass transition temperatures, indicating the existence of two phases, and reflecting the immiscibility of the two polymers. Tribological studies showed that the friction coefficients and specific wear rates of PK/PA-6/GF30 composites were improved by increasing PK segment. The PK-25/PA6-50/GF30-C2 sample exhibited a friction coefficient of 0.341 μ and a specific wear rate of 1.15 10¯6 mm3/Nm. Overall, the C2 proved to be a more suitable compatibilizer than C1, offering valuable insights for tailoring high-performance materials with enhanced properties.