Elektro lif çekim yöntemiyle üretilen nanolif ipliklerin karbonizasyonunun araştırılması
Investigation of carbonization of nanofiber yarns produced by electrospinning
Yazar: VOLKAN YALI
Danışman: PROF. DR. FATMA GÖKTEPE
Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Sahip oldukları üstün özellikleri sayesinde karbon nanolifler teknolojik açıdan ilgi çeken ileri
malzemeler arasında olup, PAN esaslı nanolifleri elektro lif çekim yöntemiyle (electrospinning)
nanolifli yüzeyler şeklinde üretmek ve ardından bu yüzeylerin karbonizasyonu bu alanda
kullanılan yöntemler arasındadır. Son yıllarda elektro lif çekimiyle nanolifleri iplik halinde
eğirme yöntemlerinin geliştirilmeye başlanması ile nanolifli yüzey yerine nanolif ipliklerin
karbonlaştırılması ise nispeten yeni bir çalışma alanı olarak ortaya çıkmıştır. Bu doğrultuda
sunulan tez çalışmasında günümüzün özel malzemeleri arasında yer alan karbon nanoliflerin
iplik formunda üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla öncelikle
PAN esaslı nanolif ipliklerin elektro lif çekim yöntemiyle büküm verilerek eğrilmesi işlemi
gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, elde edilen nanolif ipliklere stabilizasyon ve karbonizasyon
işlemleri uygulanmıştır. Stabilizasyon işleminde farklı sıcaklık (230 °C, 240 °C ve 250 °C) ve
işlem süresinin (1, 2, 3 ve 4 saat) etkisi incelenerek optimum koşullar belirlenmiştir.
Karbonizasyon işleminde ise farklı sıcaklık (800 °C, 900 °C ve 1000 °C), işlem süresi (1 dk, 30
dk ve 1 saat) ve sıcaklık artış hızının (5 °C/dk, 7,5 °C/dk ve 10 °C/dk) etkisi incelenmiştir.
Uygulanan işlemler sonucu elde edilen iplik yapı ve özelliklerindeki değişimler ve işlem
parametrelerinin etkileri irdelenmiştir. Çalışmada ayrıca nanolifli yüzey formuna kıyasla
nanolif iplik eğirme prosesinin olumlu etkisi gözlenmiştir. Stabilizasyon işleminde 250 °C ve
1 saat işlem koşulları optimum parametre olarak belirlenmiş, ağırlıkça en yüksek karbon
element içeriği ise 5 °C/dk sıcaklık artış hızıyla 1000 °C'de 1 saat boyunca gerçekleştirilen
karbonizasyon işlemi sonrasında elde edilmiştir.

Abstract:
Due to their superior properties, carbon nanofibers are among the advanced materials that attract
attention from a technological point of view while the production of PAN-based nanofibrous
web surfaces and then their carbonization is among used methods in this field. However,
carbonization of nanofiber yarns instead of nanofibrous webs has been relatively a new study
field due to the developments in nanofiber yarn spinning methods by electro-spinning in recent
years. In this respect, it is aimed to produce carbon nanofibers, which is among today's special
materials, in yarn form and analyse their properties in this thesis work. For this aim, firstly
spinning of PAN-based twisted nanofiber yarns was carried out by using electrospinning
method. Then, stabilization and carbonization processes were applied to the obtained nanofiber
yarns. Optimum conditions for stabilized yarns were determined by examining the effect of
different temperatures (230 °C, 240 °C and 250 °C) and processing time (1, 2, 3 and 4 hours)
during stabilization. In carbonization process, the effect of different temperatures (800 °C, 900
°C and 1000 °C), processing time (1 min, 30 min and 1 hour) and heat ramp (5 °C/min, 7,5
°C/min and 10 °C/min) was investigated. The changes in yarn structure and properties and
effect of process parameters were analysed. In addition, positive effect of nanofiber yarn
spinning was observed compare to nanofibrous surfaces. The optimum stabilization parameters
were determined as 250 °C and 1 hour while maximum carbon element content was obtained
following carbonization at 1000 °C, 5 °C/min and 1 hour.