PAA/DD/KNE kompozitlerinin hazırlanması, karakterizastonları ve ısıl enerji depolama özelliklerinin belirlenmesi
Preparation of PAA/DD/KNE composites, characterization and determination of thermal energy storage properties
Yazar: YASEMİN KARABAYIR
Danışman: PROF. DR. AHMET SARI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, çözücü uçurma tekniği ile yolu ile poliakrilik asit (PAA), dodekanol (DD), karbon nano elyaf (KNE) kullanılarak ısıl iletkenliği iyileştirilmiş yeni tip yapıca kararlı faz değişim malzemeleri (YKFDM) üretilmiştir. Çalışmada, gizli ısı enerji depolama (GIED) özelliğine sahip DD FDM olarak ve PAA polimeri ana destek malzemesi olarak seçilmiştir. KNE ise FDM'nin PAA içerisinde hapsedilme oranını, ısıl iletkenlik değerini ve ısı depolama/salıverme hızını arttırmak amacıyla kullanılmıştır. Bu bağlamda, üretilen DD/PAA kompozitleri ağırlıkça %4 ve %10 KNE ile katkılanmıştır. Hem PAA'nın çapraz bağlı örgü yapısı hem de kompozitte KNE'nin ilave hapsetme etkisiyle homojen dağılımı nedeniyle DD yüksek miktarda (ağırlıkça %70' kadar) herhangi bir FDM akma davranışı gözlenmeksizin hapsedilebilmiştir. FTIR ve XRD bulguları, DD/PAA veya DD/PAA/KNE kompozit bileşenleri arasında herhangi bir kimyasal bağlanmanın olmadığını doğrulamışlardır. DSC analizi, PAA/DDA( ağırlıkça %70)/KNE(ağırlıkça %10) kompoziti 18.04 °C faz değişim sıcaklığında 157.03 J/g kadarlık bir gizli ısıyı depolayabildiğini göstermiştir. TGA sonuçları, bu kompozitin 115 °C'ye kadar ısıl bozulmaya karşı mükemmel bir dirence gösterdiğini ortaya koymuştur. KNE katkısının DD/PAA kompozitinin ısıl iletkenliğinde kayda değer bir artışına ve buna bağlı olarak kompozitin ısı yükleme/boşaltma sürelerinde önemli düzeyde kısalmaya neden olduğu görülmüştür. Elde edilen tüm deneysel bulgular esas alınarak özellikle PAA bazlı ve KNE katkılı YKFDM kompozitlerin binalarda ısıl regülasyonu amacıyla enerji tasarrufu sağlayabilecek malzemeler olarak değerlendirilebileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this thesis study, new types of shape-stabilized phase change materials (SSPCM) with improved thermal conductivity were produced by using polyacrylic acid (PAA), dodecanol (DD), carbon nanofiber (CNF) by solvent casting technique. In the study, DD with latent heat energy storage (LHTES) property was chosen as a phase change material (PCM) as PAA polymer was used as main supporting material. CNF was used to enhance thermal conductivity value and heat storage/release rate; besides, increase the confinement rate of DD in PAA. In this context, the produced DD/PAA composites were doped with 4wt% and 10wt% CNF. The confinement ability of PAA due to its cross-linked network structure allowed the impregnation DD as high as 70wt% without observing any PCM leakage behavior. The FTIR and XRD findings confirmed that there was no chemical bonding between the components DD/PAA or DD/PAA/CNF composites. The DSC analysis showed that the PAA/DD (70% wt)/CNF(10%wt) composite can store a latent heat of 157.03 J/g at a phase change temperature of 18.04 °C. The TGA results revealed that this composite has excellent resistance to thermal degradation up to 115 °C. It was observed that the CNF doping process caused a significant increase in the thermal conductivity of the DD/PAA composite and consequently leaded to a significant reduction in the heat charging/discharging times of the composite. Based on all of the experimental, it was concluded that especially PAA-based and CNF-doped SSPCMs can be evaluated as energysaving material for heat management of buildings.