Köpük ekstrüzyon yöntemiyle nanopartikül takviyeli polimerlerin özelliklerinin geliştirilmesi
Development of nanoparticles reinforced polymers by foam extrusion method
Yazar: OZAN AZĞÜLER
Danışman: PROF. DR. MİHRİGÜL ALTAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İmal Usulleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Polimer malzemeler sahip oldukları geniş fiziksel, kimyasal, termal ve mekanik özelliklerden dolayı otomotiv, beyaz eşya, medikal uygulamalar gibi birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Polimerlerin bu uygulama alanlarındaki performansını arttırmak amacıyla özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine çalışmaların olduğu bilinmektedir. Bu bağlamda karşımıza ilk olarak polimer nanokompozit üretim teknolojileri çıkmaktadır. Polimer matrisli nanokompozitlerin üretiminde, nano boyuttaki katkının matris içinde homojen olarak dağıtılabilmesi, kompozitin özelliklerinin geliştirilmesi için oldukça önemlidir. Bu amaçla, uyumlaştırıcıların ve dispersantların kullanıldığı bilinmektedir.
Yapılan bu tez çalışmasında polimer malzeme olarak sıklıkla kullanılan polipropilenin, nano montmorillonit katkısı ile mekanik özelliklerinin iyileştirilmesinde, literatürde sıklıkla kullanılan uyumlaştırıcı ve dispersantlar yerine, köpük ekstrüzyon yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntemde kullanılan köpük ajanı ile montmorillonitin polimer matris içerisindeki dispersiyonun geliştirilmesi hedeflenmiştir.
Tez çalışmasında, farklı konsantrasyonlardaki montmorilonitin (ağırlıkça %1, 3 ve 5), kimyasal köpük ajanın (ağırlıkça %0, 1 ve 2) malzemenin mekanik, morfolojik ve termal özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışmada, enjeksiyonluk kompozit granüllerin eldesi için ergiyik karıştırma metodu, köpük ajanı katkısı ile çift vidalı bir ekstrüderde gerçekleştirilmiştir. Bu granüllerin enjeksiyon kalıplanmasıyla çekme çubukları elde edilmiştir. Elde edilen numunelerin mekanik, termal ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, ergiyik karışım metodu esnasında köpük ajanın kullanılması ile nanopartikülün dispersiyonunun arttığı ve buna bağlı olarakta mekanik özelliklerin iyileştiği gözlenmiştir. Özellikle %3 montmorillonit katkısında başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Köpük ajanının kullanılmadığı durumlarda ise topaklanmaya bağlı olarak kristalinitenin ve çekme dayanımının azaldığı gözlemlenmiştir. Dolayısıyla, köpük ekstrüzyon yöntemi esas alınarak polimer nanokompozit malzemenin özelliklerinin geliştirilebileceği görülmüştür.

Abstract:
Polymeric materials are used in many fields such as automotive, household appliances, electronical and medical applications due to their wide range of physical, chemical, thermal and mechanical properties. It is well-known that there many studies based on development of properties of polymers in order to increase their application areas. Polymer nanocomposite production technology is one of the most novel method to promote properties of polymers.  The main challenge during development of polymer nanocomposites is the dispersion of nano sized filler inside of the polymer matrix. A convenient dispersion enhances the properties and gives advantage to the material to be used in wide range of applications. In conventional methods, compatibilizers and dispersants are used in order to enhance the dispersion.
In this thesis study, property enhancement of polypropylene which is one of the most important commodity polymer by addition of nano montmorillonite is aimed. In order to enhance the dispersion of nano filler inside of the polypropylene matrix, foaming extrusion by using a chemical blowing agent is used as production method instead of addition of compatibilizers and dispersants. 
Different concentration of montmorillonite (1, 3 and 5 wt%) and chemical blowing agent (0, 1 and 2 wt%) was used and their effects on mechanical and thermal properties were investigated. Effect of addition of chemical blowing agent and its concentration on the dispersion was investigated. Developed samples were produced via a laboratory scale twin screw extrusion and test specimens from pelletized granules were prepared by using an injection molding processing. Mechanical, thermal and morphological properties of the samples were investigated.
According to the experimental results of the developed samples, it is found that using the foam extrusion method increased the dispersion of montmorillonite nano fillers into polypropylene matrix, consequently mechanical property is enhanced. The best property enhancement achieved in polypropylene nanocomposite included 3 wt% montmorillonite. In case of absence of chemical blowing agent, crystallinity and tensile strength decreased due to agglomeration of montmorillonite nano fillers. As a result, we could observe that enhancement of properties by producing polymer nanocomposites via foaming extrusion method is possible.