Uçucu kül dolgulu polimer esaslı kompozit malzemelerin ısıl ve yanma özelliklerinin incelenmesi
Investigation of thermal and combustion properties of fly ash filled polymer based composite materials
Yazar: FATİH DEMİRYUĞURAN
Danışman: PROF. DR. NAZIM USTA
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Polimerler, üstün özellikleri nedeniyle çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, polimerler yanıcı malzemeler olup bir ısı kaynağına maruz kaldıklarında kolayca ısıl bozunmaya uğrayarak yanabilirler. Bu nedenle farklı endüstrilerde, özellikle yangın güvenliğinin çok önemli olduğu uygulamalarda, kullanımlarının devam edebilmesi için ısıl ve yanma özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir.
Bu tezde, içeriğinde başlıca SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO ve CaO bulunan uçucu kül ve farklı alev geciktiricilerin yüksek yoğunluklu polietilen, polipropilen ve akrilonitril bütadien stiren bazlı kompozit malzemelere ilavesinin malzemelerin ısıl, yanma ve mekanik özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Uçucu külün, % 40'a varan oranlarda tek başına polimerlere ilavesi yanında daha düşük oranlarda (% 1 - 5), kabaran alev geciktiriciler (% 20 – 25) ile birlikte polimer malzemelere ilavelerinin kompozit malzemelerin özelliklerine etkileri tespit edilmiştir. Uçucu külün tek başına kullanımının polimerlerin ısıl bozunma ve yanma direnci üzerinde sınırlı etkisi olmasına rağmen, çevre kirliliğini ve üretim maliyetlerini azaltmak için polimerlerde dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir. Bununla birlikte, ağırlıkça % 20 - 25 oranlarında alev geciktirici içeren polimerlere ağırlıkça % 1 - 5 aralığında uçucu kül ilavesinin sinerjistik etkiler oluşturabildiği, mekanik özelliklerde dikkate değer olumsuz etkilere neden olmadan, yüksek seviyede ısıl ve yanma direnci sağladığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Polymers have been widely used in various industries, owing to their superior features. However, they are flammable materials and can easily decompose and burn when they are exposed to a heat source. Therefore, it is required to enhance their thermal and combustion properties to continue their usage in different industries, particularly in applications where fire safety is paramount.
In this thesis, effects of a fly ash mainly including SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, and CaO, and different flame retardants on thermal, combustion and mechanical properties of high-density polyethylene, polypropylene and acrylonitrile butadiene styrene based composite materials were investigated. The changes in the properties of composite materials were determined by the addition of the fly ash alone, up to 40 wt %, and at rates of 1 - 5 wt % in combination with different flame retardants (20 - 25 wt %) into the polymers. While the use of fly ash alone has a limited impact on the thermal decomposition and the combustion resistance of the polymers, it was found out that it can be utilized as a filler material to reduce the environmental pollution and the production costs of the composite materials. However, it was determined that the addition of fly ash in the range of 1 - 5 wt % into the polymers including 20 - 25 wt % flame retardants generate synergistic effects, providing a high level of thermal and combustion resistances without causing significant adverse effects on the mechanical properties.