Farklı inorganik ve organik dolguların nr/sbr tipi elastomer malzemelerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi
The effect of various inorganic and organic fillers on the mechanical properties of nr-sbr type elastomer materials
Yazar: ŞABAN BÜLBÜL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YAŞAR
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışmada, NR-SBR elastomer esaslı kauçuk malzemelerde kullanılan dolgu malzemelerinin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Kullanılan dolguların kauçuk matris içerisindeki fiziksel ve kimyasal davranışlarının belirlenmesi için ön çalışmalar yapılmıştır. Ön çalışmalar kapsamında orijinal karışımda kullanılan silika (SiO2) ve kalsit (CaCO3) yerine, odun külü, yüksek fırın baca tozu, pirinç kabuğu ve rejenere kauçuk (% 10, % 20, % 30 ve % 40 oranında katılarak) yeni kimyasal karışımlar oluşturulmuştur. Yeni kimyasal karışımlardan elde edilen numunelere aşınma, sertlik, yoğunluk, çekme, birim uzama, yırtılma, boyut kararlılığı ve esnetme testleri yapılmıştır. Yapılan testler sonucunda, elde edilen sonuçların TS 5499 standardına göre uygun olduğu. Çekme ve yırtılma dayanımlarının ise TS 5499 standardını sağlamadığı belirlenmiştir.
Deneysel çalışmaların ikinci aşamasında ön deneylerden elde edilen veriler referans alınarak, orijinal karışıma ilave olarak (mevcut dolguları SiO2 ve CaCO3 çıkartılmadan) farklı oranlarda % 10, % 20, % 30 ve % 40 olacak şekilde yeni dolgu malzemeleri katılmış ve toplam 16 karışım oluşturulmuştur. Orijinal karışımla birlikte toplamda 17 karışıma, mekanik testler yapılmıştır. Deney sonuçları birbiriyle ve orijinal karışımla karşılaştırılmış ve maliyet analizi yapılmıştır.
Deneylerden elde edilen sonuçlar kullanılan dolguların elastomer esaslı kauçuk malzemelerde orijinal karışımlardan daha iyi olduğunu göstermektedir. Yapılan mekanik deneyler sonucunda SiO2 ve CaCO3 dolgularına ek olarak kullanılan odun külü, rejenere kauçuk, pirinç kabuğu (çeltik) ve yüksek fırın baca tozunun % 10 ve % 20 oranlarında bütün test sonuçları TS 5499 ve ISO 5676 standardartlarına göre uygundur. % 30 ve % 40 olarak kullanılan dolgu malzemeleri orijinal karışmdaki mevcut dolgularında hesaba katılmasıyla toplam dolgu miktarının % 111,3 ve % 128,4'üne yükselmiştir. Aşırı doymuş bir karışımda, kauçuk oranı azaldığından aşınma direnci düşük çıkmıştır. Bununla birlikte diğer mekanik test sonuçları (sertlik, esnetme, çekme, birim uzama, boyut kararlılığı, yoğunluk) TS 5499 ve ISO 5676'da belirtilen değerlerden daha iyi çıkmıştır. 
Kullanılan dolgu malzemeleri rejenere kauçuk hariç geri dönüşümü yapılmayan ve doğadan arındırılmayı bekleyen atık malzemeler olduğundan maddi değerleri yoktur. Yeni karışımlarda kullanılan odun külü, yüksek fırın baca tozu ve pirinç kabuğu genel karışıma göre, maliyeti kullanıldığı oranda düşürmüştür. Rejenere kauçuk ise SiO2 ve NR/SBR malzemelerine göre daha ucuz olduğundan maliyeti olumlu yönde etkilemiştir. Orijinal karışımların dolgularına ek olarak kullanılan, dolgu malzemelerinin NR/SBR tipi elastomer esaslı kauçuk matris içerisinde dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
In this study, the effect of filler materials used in NR-SBR elastomer based rubber materials, on the mechanical properties was examined. In order to determine the physical and chamical behavior of the fillers within the rubber matrix, preliminary studies were performed. Under the scope of the preliminary studies new chemical compounds were formed with the addition of wood ash, blast furnace flue dust, rice crust and regenerated rubber (in ratios of 10%, 20%, 30% and 40%) in stead of silica (SiO2) and calcite (CaCO3) which were used in the original compound. Wear, hardness, density, tensile, % elongation, tear, dimensional stability and bending tests were applied on the samples obtained from new chemical compounds. As a result of the tests performed, it was determined that the obtained results are compliant to TS 5499 standard while tensile strength and tear strength do not fulfill TS 5499 standard.  
In the second stage of the experimental studies, the data obtained from the preliminary experiments were taken as a reference and new filler materials were added (in ratios of 10%, 20%, 30% and 40%) to the original compound (without removing existing SiO2 and CaCO3 fillers) and totally 16 compounds were formed. Mechanical tests were applied to the 17 compounds (including the original compound). The tests results were compared with the original compound and cost analysis was performed. 
It was demonstrated that fillers used in this study are better than the conventional fillers used in elastomer-based rubber materials. As a result of mechanical tests conducted, all test results of wood ash, regenerated rubber, rice hull (paddy) and blast furnace flue dust, which were used in addition to SiO2 and CaCO3 fillers, at ratios of 10 % and 20 % are compatible with the TS 5499 and ISO 5676 standards. Filling materials used as 30 % and 40 % increased the total amount of fillers from 111,3 % to 128,4 % by also taking into account available fillers in the first compound. As rubber ratio decreases in a supersaturated compound, wear resistance was found to be low. Nonetheless, other mechanical test results (hardness, flexure, tensile, % elongation, dimensional stability and density) were found to be better than the values given in the TS 5499 and the ISO 5676 standards.
Filling materials used are waste matters whose recycling cannot be achieved and which are waiting to be cleansed from nature, thus they do not have any material value. Costs of wood ash, blast furnace flue dust and rice hull used in new compounds were reduced to an extent that they were used compared to the original compound. Since regenerated rubber is cheaper than SiO2 and NR/SBR materials, it reduced the cost significantly. It was observed that filling materials used in addition to fillers of original compound can also be used filling material within NR/SBR type elastomer-based rubber matrix.