Karbon türevi nano katkıların poliüretan üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of carbon derivative nano additives on polyurethane
Yazar: FURKAN KASAP
Danışman: PROF. DR. METİN USTA
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Grafen = Graphene ; Karbon = Carbon ; Karbon fiber takviyeli polimer = Carbon fiber reinforced polymer ; Lif takviyeli polimerler = Fiber reinforced polymers ; Poliüretan = Polyurethane

Özet:
Bu çalışmada elastomerik özellikler gösteren termoset poliüretan polimer matriks malzemesine son dönem trendi olan karbon türevi nano katkılar eklenmiştir. Bu katkılar çok çeşitli olmasına karşılık yaptığımız çalışmada grafen, karbon nanotüp ve kırpılmış karbon fiberler seçilmiştir. Bu katkıların yüksek oranlarda takviye edildiği polimerlerde elektriksel özelliklerde artış gözlendiği bilinmektedir fakat çalışmamızda karbon katkıların oranlarını olabildiğince düşük tutarak karışımlar hazırlanmıştır. Farklı tip karıştırıcılarda yapılan bu denemelerin sonucunda en verimli karıştırma sisteminin ultrasonik karıştırıcı olduğu fakat yüksek kayma kuvvetli karıştırıcılar ile de gayet yüksek performans elde edildiği saptanmıştır. Bu teknikler kullanılarak numuneler üretilmiştir. Üretilen numunelere çeşitli termal ve mekanik deneyler yapılarak sonuçlar incelenmiştir. Böylece düşük miktarda nano karbon eklenerek termal ve mekanik özellikleri iyileştirilmiş elastomerik termoset poliüretan malzeme geliştirilmiştir. Mekanik özelliklerde en dayanıklı ürünler çok duvarlı karbon nano tüp takviyesinde özellikle yırtılma deneyinde %0,025 MWCNT katkısında elde edilmiş, camsı geçiş sıcaklığının geliştirilmesinde yüksek kayma kuvvetli karıştırıcı ile birlikte %0,05 grafen katkısı sağlamıştır, akustik performans deneyleri incelendiğinde %0,025 CNT ve grafen katkısının özellikle yalıtım teknolojisinde iyi sonuçlar verebileceği, aşınma olan alanlarda ise %0,05 karbon fiber katkısının saf poliüretana nazaran açık ara çok daha dayanıklı olduğu bu tez kapsamında yapılan çalışmalarla gösterilmiştir.

Abstract:
In this study, carbon-derived nano additives, which is a recent trend, were added to the thermoset polyurethane polymer matrix material with elastomeric properties. Although these additives are very diverse, graphene, carbon nanotube and chopped carbon fibers were selected in our study. It is known that an increase in electrical properties is observed in polymers in which these additives are reinforced at high rates, but in our study, mixtures were prepared by keeping the proportions of carbon additives as low as possible. As a result of these trials with different types of mixers, it was determined that the most efficient mixing system was the ultrasonic mixer, but very high performance was obtained with mixers with high shear force. Samples were produced using these techniques. Various thermal and mechanical experiments were performed on the produced samples and the results were examined. Thus, an elastomeric thermoset polyurethane material with improved thermal and mechanical properties by adding a low amount of nano carbon was developed. The most durable products in mechanical properties were obtained with the addition of 0.025% MWCNT in the multi-walled carbon nano tube reinforcement, especially in the tear test, and the contribution of 0.05% graphene together with the high shear strength mixer in the development of the glass transition temperature. It has been shown by the studies carried out within the scope of this thesis that it can give good results in insulation technology, and that the 0.05% carbon fiber additive in areas with abrasion is much more durable than pure polyurethane.