Karbon katkılı iletken polimer kompozitlerin üretimi, karakterizasyonu ve elektromanyetik dalga kalkanlamada kullanımlarının değerlendirilmesi
Production, characterization and evaluation of their usage in electromagnetic interference shielding of carbon reinforced conductive polymer composites
Yazar: BEDRİYE ÜÇPINAR DURMAZ
Danışman: PROF. DR. AYŞE AYTAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmanın amacı; tamamen biyo-bazlı ve kısmen biyobozunur bir karışım olan ve petrol türevli polimerler ile rekabet edebilir özelliklere sahip poliamid 11/poli(laktik asit) (PA11/PLA) karışımlarının hazırlanması, bu karışımın performans özelliklerinin daha da geliştirilmesi, karışıma elektriksel iletkenlik kazandırılması ve elektromanyetik dalga kalkanlama (EMK) malzemesi olarak kullanım potansiyelinin incelenmesidir. Çalışma kapsamında, üç farklı karbon bazlı katkı; karbon elyaf (KE), çok duvarlı karbon nanotüp (ÇDKNT) ve grafen nanotabakaları (GNP) tek tek ve KE/GNP, KE/ÇDKNT ve GNP/ÇDKNT hibritleri şeklinde PA11/PLA matrisi ile harmanlanmıştır.  Kompozitler laboratuvar tipi çift vidalı bir ekstuderde harmanlanmış, daha sonra enjeksiyonlu kalıplama cihazı ve sıcak pres kullanılarak kalıplanmıştır. Tek ve hibrit takviyeli kompozitlerin morfolojik, reolojik, mekanik, termo-mekanik, ısıl, biyobozunurluk, elektriksel ve EMK performansları değerlendirilmiştir. Tek katkılı kompozitlerde en belirgin takviye etkisini KE göstermiştir. Çekme dayanımı ve modülü, depo ve kayıp modülleri, ısıl bozunma sıcaklıkları açısından en iyi sonuçlar KE ilavesinde elde edilmiştir. Nano katkı ilavesi durumunda da mekanik özelliklerde gelişmeler elde edilmiş ve ÇDKNT'nin GNP'ye göre daha etkin olduğu bulunmuştur. PA11/PLA/KE kompozitleri X ve Ku bant bölgelerinde 20 dB'nin üzerinde kalkanlama verimliliği (KV) sergilemişlerdir. PA11/PLA/nano katkı kompozitlerinde ise KV 10 dB'nin altında kalmıştır. Hibrit kompozitlerde genel olarak tüm özelliklerde katkıların sinerjik etkisi gözlenmiştir. En belirgin takviye etkisi KE/GNP katkı ilavesinde elde edilmiştir. Hem KE/GNP hem de KE/ÇDKNT katkı ilavesi durumunda tek başına 30KE kompozitinin elektriksel özelliklerinin üzerine çıkılmıştır. Tüm kompozitler yansıma baskın mekanizma ile kalkanlama sergilemiştir. R, X ve Ku bant bölgelerinde en yüksek KV değerleri PA11/PLA/KE/GNP kompozitlerinde elde edilmiştir.

Abstract:
The aim of this study; to prepare the polyamide 11/poly(lactic acid) (PA11/PLA) blends, which is a fully bio-based and partially biodegradable, and further development of the performance properties and electrical conductivity of this blend and to examine the potential of use as electromagnetic interference shielding (EMI) material. In the study, three different carbon-based fillers; carbon fiber (CF), multi-walled carbon nanotube (MWCNT), and graphene nanoplatelets (GNP) were used. Fillers were blended with the PA11/PLA matrix individually and as hybrids of CF/GNP, CF/MWCNT, and GNP/MWCNT. The composites were blended in a twin screw extruder, then molded using an injection molder and a hot press. Morphological, rheological, mechanical, thermo-mechanical, thermal, biodegradability, electrical, and EMI shielding performances of composites were evaluated. CF showed the most significant reinforcement effect in single-filler reinforced composites. The best results in terms of tensile strength and modulus, storage and loss modulus, and thermal degradation temperatures were obtained with the addition of CF. Improvements in mechanical and thermal properties were also obtained in the case of nanofiller addition and it was found that MWCNT was more effective than GNP. PA11/PLA/CF composites exhibited shielding efficiency (SE) over 20 dB in the X and Ku bands. SE remained below 10 dB in PA11/PLA/nanofiller composites. The synergistic effects of fillers were observed in all properties of hybrid composites. The most significant reinforcement effect was obtained with the addition of CF/GNP fillers. The electrical properties of both CF/GNP and CF/MWCNT reinforced composites are better than 30CF. All composites exhibited EMI shielding by reflection mechanism. The highest SE in the R, X, and Ku bands were obtained in PA11/PLA/CF/GNP composites.