Farklı ko-ajanlar varlığında kürleştirilmiş silikon elastomerlerin özelliklerine iyonlastırıcı radyasyonun etkisi
The effect of ionizing radiation on the properties of silicone elastomers cured in the presence of different co-agent
Yazar: DAVUT AKSÜT
Danışman: PROF. DR. MURAT ŞEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tezin temel amacı, vinil-metil-polisiloksan (VMQ) ve fenil-vinil-metil-polisiloksan (PVMQ) elastomerlerinin iyonlaştırıcı radyasyona karşı kararlılığının incelenmesi ve bu elastomerlerin enerji sönümleme kapasitesinin iyonlaştırıcı radyasyonla nasıl değiştiğinin belirlenmesidir Bu amaçla kürleştirici ajan olarak peroksit ve hızlandırıcı ko-ajan olarak triallil siyanürat (TAC), triallil izosiyanürat (TAIC), çinko diakrilat (ZDA) ve çinko dimetakrilat'ın (ZDMA) kullanılarak PVMQ ve VMQ elastomer karışımları hazırlanmıştır. Farklı tipte hızlandırıcı içeren silikon karışımların pişme oranı kür kinetikleri Hareketli Kalıp Reometresi (MDR) ile incelenmiş optimum kür koşulları ve kür sıcaklığı belirlenmiştir. Kürleşme sonrası silikon elastomerler elektron demetleri ile farklı dozlarda ışınlanmıştır. İyonlaştırıcı radyasyonun çapraz bağ yoğunluğuna nasıl etki ettiği belirlemek için sol-jel analizleri yapılmıştır. PVMQ ve VMQ elastomerin sertlik değerlerinin ko-ajan tipine ve ışınlama dozuna bağlı olarak nasıl değiştiğini gözlemlemek için sertlik testleri yapılmıştır. Evrensel test cihazından elde edilen gerilim-gerinim eğrilerinden faydalanarak çapraz bağ yoğunlukları belirlenmiştir. Çapraz bağ yoğunluğu ile hızlandırıcının tipi arasındaki ilişkinin aydınlatılmasına çalışılmıştır. Farklı dozlarda ışınlanan elastomerlerin radyasyon kararlılığına kürleştirici ko-ajanların tipinin nasıl etki ettiğinin aydınlatılması amacıyla önce Evrensel Test Cihazı ile mekanik özellikleri incelenmiştir. Silikon tipinin, ko-ajan tipinin ve radyasyonun silikon elastomerlerin uzun süreli kalıcı mekanik performanslarına etkisini belirlemek amacıyla da Sıcaklık Taramalı Gerilim Durulma davranışları (TSSR) (Temperature Scanning Stress Relaxation) incelenmiştir. Bu değişkenlerin silikon elastomerlerin enerji sönümleme kapasiteleri üzerine etkisi ise evrensel test cihazı kullanılarak %50 sıkıştırmalı 10 tekrarlı döngüsel sıkıştırma testi uygulanarak elde edilen histerezi eğrileri kullanılarak aydınlatılmıştır.
Yukarıda belirtilen tüm bu çalışmaların sonucunda radyasyonun termal olarak peroksit ile kürlenmiş PVMQ ve VMQ elastomerleri üzerindeki ana etkisinin çapraz bağlanma olduğu bulunmuştur. PVMQ ve VMQ elastomerleri için farklı yaklaşımlar kullanılarak hesaplanan çapraz bağ yoğunluk (ÇBY) değerleri, ko-ajanların varlığında radyasyonun çapraz bağlama etkinliğinin daha yüksek olduğunu göstermiştir. Mekanik test sonuçları iyonlaştırıcı radyasyonun elastomerlerin kopmadaki dayanım değerlerinde önemli bir değişikliğe sebep olmadığını göstermiştir. Ancak, kopmadaki uzama değerleri doz miktarına bağlı olarak azalmış, elastik modül değerleri ise tüm silikon elastomer karışımları için artmıştır. Sıcaklık taramalı gerilim durulma davranışları, radyasyonun, silikon elastomerlerin oda sıcaklığında, yüksek sıcaklıklarda ve izotermal koşullar da stres gevşeme davranışını kontrol etmek için önemli bir araç olduğunu gösterilmiştir. Ayrıca, elastomerlerinin anizotermal stres gevşeme davranışları Tip II ko-ajan içeren VMQ silikonların T50 servis sıcaklıkların da ışınlama dozunun artışıyla birlikte çok fazla değişmediği gözlenmiştir. Servis sıcaklığı VMQ elastomerlerinde ışınlama ile artma eğilimindeyken, genellikle PVMQ elastomerlerinde azalmıştır. Hızlandırıcı ko-ajanların eklenmesi bu genel eğilimi değiştirmemiştir. Enerji sönümleme kapasite değerleri incelendiğinde, ko-ajan içermeyen PVMQ elastomerlerinin enerji sönümleme kapasitelerinin VMQ elastomerinden daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Ko-ajan kullanımı ile VMQ elastomerlerinin enerji sönümleme değerini arttığı tespit edilmiştir. Tüm bu sonuçlar, silikon elastomerlerin yapısında bulunan fonksiyonel grupların veya ışınlama sonucu oluşan kimyasal yapıların, silikon elastomerlerin gevşeme davranışlarını, enerji sönümleme kapasitelerini kontrol etmek için önemli parametreler olduğunu açıkça göstermiştir. Ayrıca, silikon elastomer tipinin, bir çapraz bağlayıcı madde olarak kullanılan ko-ajan tipinin ve ışınlama dozunun, silikon elastomerlerin mekanik, gevşeme davranışları ve enerji sönümleme kapasitelerini kontrol etmek için kullanılabilecek diğer parametreler olduğu sonucuna karar verilmiştir.

Abstract:
The main purpose of this thesis is to investigate the stability of vinyl-methyl-polysiloxane (VMQ) and phenyl-vinyl-methyl-polysiloxane (PVMQ) elastomers against ionizing radiation and to determine how the energy absorption capacity (damping properties) of these elastomers varies with ionizing radiation.For this purpose, PVMQ and VMQ elastomer blends were prepared by using peroxide as curing agent and triallyl cyanurate (TAC), triallyl isocyanurate (TAIC), zinc diacrylate (ZDA) and zinc dimethacrylate (ZDMA) as accelerator co-agent. The curing rate, cure kinetics of silicone blends which containing different types of accelerators were examined with the Moving Die Rheometer (MDR) and the optimum curing conditions and the curing temperature were determined. After curing, silicone elastomers were irradiated with electron beams in different doses. Sol-gel analyzes were performed to determine how ionizing radiation affects the crosslink density of these silicone elastomers. Hardness tests were conducted to observe how the shore A values of the PVMQ and VMQ elastomer changed depending on the co-agent type and irradiation dose. Cross-link densities were determined by using stress-strain curves obtained from universal test device. It has been tried to ultimate the relationship between the crosslink density and the type of accelerator. The mechanical properties of the elastomers irradiated at different doses were first examined with Universal Test Machine in order to clarify how the type of curing coagulants affects radiation stability.
Temperature Scanning Stress Relaxation behaviors (TSSR) were also examined to determine how silicone type, co-agent type and radiation affect the long-term permanent mechanical performance of silicone elastomers. The effect of these variables on the energy damping capacities of silicone elastomers was illuminated using hysteresis curves obtained by applying a 50% compression 10-repeat cyclic compression test using a universal test machine.
As a result of all these studies mentioned above, the main effect of radiation on thermally peroxide cured PVMQ and VMQ elastomers was found to be crosslinking. The value of crosslink densities (XLD) which calculated using different approach for PVMQ and VMQ elastomer showed that the crosslinking efficiency of radiation is higher in the presence of co-agents. In the mechanical test results, ionizing radiation did not cause a serious change in the tensile strength. Depending on amount of the radiation dose, the values of elongation at break have decreased and the values of elastic modulus have increased for all silicone elastomer blends. Temperature scanning stress relaxation behaviour showed that the radiation is to an important tool for controlling stress relaxation behavior of silicon elastomers at room temperature, high temperatures and isothermal conditions. In addition, anisothermal stress relaxation behaviors of elastomers have been observed that the T50 service temperatures of VMQ silicones containing Type II co-agent did not change much with the increase in irradiation dose. Although the service temperature tends to increase with irradiation in VMQ elastomers, it is generally reduced in PVMQ elastomers. The addition of co-agents did not change this general trend. When the energy damping capacity values were examined, it was found that the energy damping capacities of PVMQ elastomers without co-agent were higher than the co-agent free VMQ elastomers It has been determined that with the use of co-agent, the energy damping value of VMQ elastomers increases. All of these results understandably showed that functional groups in the structure of silicone elastomers or chemical structures formed by irradiation are important parameters to control the relaxation behavior and energy damping capacities of silicone elastomers. Furthermore, it was concluded that the type of silicone elastomer, the type of co-agent used as a crosslinking agent, and the irradiation dose are other parameters which can be used to control the mechanical, relaxation behavior and energy damping capacities of silicone elastomers.