Nadir toprak elementleri ve karbon elyaf tozu ile geliştirilen dolgu maddelerinin polipropilenin mekanik, termal ve morfolojik özelliklerine etkisi
Effect of fillers developed with rare earth elements and carbon fibre powder on mechanical, thermal and morphological properties of polypropylene
Yazar: SERHAT GÜRAY
Danışman: DOÇ. DR. AKAR DOĞAN ; DOÇ. DR. YILMAZ KISMET
Munzur Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, termoplastikler bir polimer olan polipropilenin mekanik, termal ve morfolojik özelliklerine karbon elyaf tozu ve nadir toprak elementlerinden lantan oksit ve seryum oksit ile hazırlanmış dolgu maddelerinin etkisi incelenmiştir. Lantan oksit ve seryum oksit suda ayrı ayrı çözüldükten sonra bu çözeltilere karbon elyaf tozu ilave edildi. Çözeltiler içerisindeki su buharlaşana kadar 90 ila 100 oC arasında manyetik karıştırıcıda karıştırılarak bekletildi. Daha sonra alçak yoğunluklu polietilen çözeltisine eklenen bu karışım yeni bir form alacak şekilde hazırlandı. Hazırlanan dolgu malzemeleri kurutulduktan sonra ve bir öğütücü makinesinde partikül haline getirildi. Öğütülen partiküller ağırlıkça %10, %20 ve %30 oranlarında polipropilen ile karıştırılarak eriyik akış analizi yapıldı. Daha sonra PP ve üretilen dolgu malzemeleri yine ağırlıkça %10, %20 ve %30 oranlarında önce mekanik olarak daha sonra da ekstrüzyonda homojen olarak karıştırıldı. Ekstrüzyondan çıkan şerit malzeme su içinden geçirilerek soğutuldu ve kırıcıda 2 ila 3 mm büyüklüğünde granüller haline getirildi. Elde edilen granüller plastik enjeksiyon makinasında basılarak standart test numuneleri elde edildi. Üretilen bu kompozit test numuneleri ile çekme, eğilme ve Charpy darbe analizleri yapıldı. Ayrıca kompozit malzemelerin termal özelliklerindeki değişimi incelemek için termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) analizleri yapıldı. Bunlara ek olarak, dolgu malzemesi ve matris malzemenin bağlanma mekanizmalarının belirlenmesi için elektron mikroskobu ile kesit görüntüleri incelendi. Yapılan çekme testi sonuçlarında dolgu malzemesi artışı ile kompozit malzemelerin çekme mukavemetlerinde düşüş gözlenmiştir. Saf PP numunelerinin çekme mukavemeti ortalama 31,23 MPa iken ağırlıkça %10 karbon elyaf tozu takviyeli seryum içerikli (NM7) numunelerin çekme mukavemeti 32,05 MPa olarak bulunmuştur. NM7 numaralı kompozit malzemenin hem çekme hem de üç-nokta eğilme mukavemetleri saf PP ye göre yüksek çıkan tek malzeme olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the effects of fillers prepared with carbon fiber powder and the rare earth elements lanthanum oxide and cerium oxide on the mechanical, thermal, and morphological properties of polypropylene, a thermoplastic polymer, were investigated. Lanthanum oxide and cerium oxide were separately dissolved in water, and carbon fiber powder was added to these solutions. The solutions were stirred on a magnetic stirrer at 90 to 100°C until the water in the solutions evaporated. This mixture was then added to a low-density polyethylene solution, forming a new composition.After drying, the prepared filler materials were ground into particles using a milling machine. The ground particles were then mixed with polypropylene at weight ratios of 10%, 20%, and 30%, and a melt flow analysis was performed. Subsequently, the PP and the produced filler materials were mechanically mixed at weight ratios of 10%, 20%, and 30% and then homogeneously blended in an extruder. The extruded strip material was cooled by passing through water and then crushed into granules of 2 to 3 mm in size. The obtained granules were molded into standard test specimens using an injection molding machine.Tensile, bending, and Charpy impact tests were conducted on the produced composite test specimens. Additionally, thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) analyses were performed to examine the changes in the thermal properties of the composite materials. Furthermore, scanning electron microscopy was used to investigate the bonding mechanisms between the filler material and the matrix material.Tensile test results showed that increasing the filler content led to a decrease in the tensile strength of the composite materials. While the tensile strength of pure PP samples was found to be an average of 31.23 MPa, the tensile strength of NM7 samples, which contained 10% carbon fiber powder reinforced with cerium, was determined to be 32.05 MPa. It was found that the NM7 composite material was the only material with higher tensile and three-point bending strength compared to pure PP.