Karbon lif üretimi açısından poliamid 66 (Naylon 66) liflerinin değerlendirilmesi ve termal stabilizasyon aşamasının yerine getirilmesi
Evaluation of polyamide 66 (nNylon 66) fibers for the production of carbon fibers and execution of their thermal stabilization step
Yazar: KEMAL ŞAHİN TUNÇEL
Danışman: PROF. DR. İSMAİL KARACAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering
Dizin: Karbon lifler = Carbon fibers ; Kızılötesi spektroskopi = Infrared spectroscopy ; Naylon = Nylon ; Termal analiz = Thermal analysis ; X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Bu tez kapsamında yapılan deneysel çalışmalar, ham numune özelliklerininbelirlenmesinin yanında termal stabilizasyonun da sağlanması için bakır II klorür(CuCl2) ve demir III klorür (FeCl3) ile yapılmış olmak üzere iki farklı set içermektedir. Naylon 66 liflerinin termal stabilizasyonunu sağlamak için üç aşamalı deneysel çalışmalar yapılmıştır. Bu aşamalardan birincisi; hazırlanan çözeltilerin kimyasalişlemler ile life aplikasyonunu, ikincisi; kimyasal işlemlerin ardından lif üzerinde oluşanartık kimyasalların uzaklaştırılması için taşmalı yıkamayı ve ardından gerçekleştirilenkurutmayı, sonuncusu ise; oksijence zengin bir ortamda 215°C?de 15 dakikadan 6 saate kadar olan stabilizasyon sürelerindeki ısıl işlemleri içermektedir. Kimyasal işlemlerdensonra yapılan ısıl işlemler sonucunda elde edilen numunelerin yapısında fiziksel ve kimyasal değişimler olduğu gözlenmiştir. Fiziksel dönüşümler renk değişimleriyle beraber iplik numarası ve lif çapındaki azalmalar ile açığa çıkmaktadır. Fiziksel ve kimyasal yapıdaki değişimler; iplik numarası, lif çapı ve yoğunluk ölçümlerininyanısıra, termogravimetrik analiz (TGA), diferansiyal taramalı kalorimetre (DSC), infrared spektroskopisi (FT-IR), X-ışını difraksiyonu (XRD) ve dinamik mekanik analiz(DMA) yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Yapılan ölçüm işlemlerinin neticesinde, ısıl işlem süresinin artmasıyla birlikte numunelerin lif çaplarında ve iplik numaralarındaazalma görülürken, yoğunluk değerlerinde ise artış gözlenmiştir. Termal analizsonuçlarına göre; demir III klorür ile yapılan yaş işlemler sonucunda 6 saat süreyle 215°C?de ısıl işlem gören numunenin DSC termogramındaki erime piki tamamenkaybolmuş iken aynı şartlarda bakır II klorür ile işlem gören numunede ise çok az miktarda da olsa erime piki gözlenmektedir. Termogravimetrik analizleri karşılaştırıldığında ise; bakır II klorür ile işlem gören numunelerin 1000°C?dekiviikömürleşme verimleri %22-46 arasında değişirken, demir III klorür ile işlem görennumunelerinki %16-40 arasındadır. DMA verilerinden elde edilen camsı geçiş sıcaklıklarındaki (Tg) değişim incelendiğindeise, her iki sette de ortak olarak ısıl işlem sürelerinin artmasıyla birlikte camsı geçişsıcaklıklarında belirli bir noktaya kadar artış gözlenmekte ve daha sonra kaybolmaktadır. İnfrared spektroskopi (FT-IR) sonuçlarına göre ise demir klorür ve bakır klorür ile ön işlem görmüş naylon 66 numunesinin ısıl işlem sürelerinin artması ile birlikte band şiddetlerinin azaldığı görülmektedir. 3500-3100 cm-1 arasındaki hidrojenbağlı N-H bandları polimer zincirleri arasındaki hidrojen bağlarının kaybolması ileşiddetini kaybetmektedir. Ayrıca termal stabilizasyon süresinin artması esnasında meydana gelen dehidrojenasyon işlemleri sebebiyle 3000-2800 cm-1 arasındaki pikşiddetleri de azalmaktadır. X-ışını difraksiyonu (XRD) sonuçlarına göre ısıl işlemsürelerinin artmasına bağlı olarak yapıda meydana gelen değişimlerinde arttığı gözlenmektedir. Kristal yapının varlığını gösteren pikler zamanla azalarak ortadankaybolmuştur ve bu durum de-kristalizasyon işlemlerinin bir sonucu olarak kristal yapının azaldığını, amorf yapının ise artmaya başladığını göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Karbon lif, naylon 66, termal stabilizasyon, termal analiz, infraredspektroskopi, X-ışını difraksiyonu

Abstract:
The experimental work carried out in this dissertation contains the results related to the determination of the properties of untreated sample as well as the results of two sets of data related to thermal stabilization of polyamide 66 fibers pretreated with ferricchloride and cupric chloride solutions. Thermal stabilization of polyamide 66 fibers was carried out in three steps. The first step is involved with wet chemical pretreatment. The second step is involved with rinsing followed by drying. The third and the final stepis involved with thermal treatment in an air atmosphere at 215?C for stabilization timesranging from 15 min to 6 h. Chemical pretreatment followed by thermal stabilization inan air atmosphere resulted in major physical and chemical transformations. Physicaltransformations were revealed as a reduction in fiber diameter and linear density valuestogether with major color changes. Physical and chemical transformations werecharacterized using a combination of the measurement of linear density, fiber diameter, density, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), infrared spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and dynamic mechanical analysis(DMA). The results show that the increase in stabilization time causes decrease in fiber diameter and linear density but increase in density values. Thermal analysis of thermallystabilized polyamide 66 fibers show that ferric chloride pretreated samples reach full stabilization after 6 h of stabilization time at a temperature of 215?C with complete disappearance of DSC melting endotherm while under the same conditions the samples pretreated with cupric chloride showed full stabilization after 6 h of stabilization time at a temperature of 215?C but with slightly incomplete disappearance of DSC meltingendotherm.ix When the results obtained from the TGA are compared; char yield of the samples pretreated with cupric chloride vary between 22-46% whereas the same values for thesamples pretreated with ferric chloride vary between 16-40%. When the DMA data areanalyzed; glass transition temperatures of the two data sets (i.e. ferric chloride andcupric chloride), increase with increasing stabilization temperature up to a point anddisappear afterwards. Analysis of infrared spectra of polyamide 66 fibers pretreated with ferric chloride and cupric chloride show the decrease of bands of intensities withincreasing stabilization time. Hydrogen bonded NH bands in the 3500-3100 cm-1regionlose their intensity due to loss of hydrogen bonds between polymer chains. 3000-2800cm-1region lose their intensities due to dehydrogenation reactions during thermal stabilization with increasing stabilization time. XRD traces of the samples showsignificant changes with increasing stabilization time. Crystalline structure appears to belost with increasing stabilization time. Intensities of the crystal peaks decrease withincreasing stabilization time. The amount of crystalline phase decrease and the amount of amorphous phase increase with increasing stabilization time as a result of decrystallization reactions.Keywords: Carbon fiber, polyamide 66 (nylon 66), thermal stabilization, thermal analysis, infrared spectroscopy, X-ray diffraction