Petrol türevi polimerlere nanopartikül katkılandırarak nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nanocomposite materials by nanoparticle additive to petroleum derivative polymers
Yazar: VİLDAN ÖZKAN
Danışman: PROF. DR. AHMET YAPICI
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Bu tez kapsamında poliakrilonitril (PAN), polivinilklorür (PVC) ve termoplastik poliüretan (TPU) polimerlerinin nanofiberleri elektrospin yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Her bir polimer için; katkısız, %1 grafen katkılı ve %1 çok duvarlı karbonnanotüp (ÇDKNT) katkılı olacak şekilde toplamda 9 farklı çeşit nanofiber üretimi yapılmıştır.  Elde edilen nanofiberler kullanılarak 5 katmanlı (3 katman nanofiberin aralarına birer kat cam elyaf gelecek şekilde) polimer takviyeli kompozit malzemeler elle yatırma yöntemi kullanılarak elde edilmişlerdir. Her bir kompozit malzemenin kalınlığı 4 mm'dir.  Çalışmanın ilk basamağında üretilen nanofiberlerin morfolojik yapıları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile görüntülenmiştir. Ayrıca her bir nanofiberin mekanik dayanımının tespiti için çekme testi yapılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında üretilmiş nanofiberlerden elde edilen kompozit malzemelerin radar absorpsiyon kapasiteleri ölçülmüş, mekanik dayanımlarının tespiti için çekme ve düşük hızlı darbe testleri yapılarak karşılaştırılmıştır. Çekme testi sonucunda hasarlanmış yüzey morfolojisi SEM ile incelenmiştir. Ayrıca kompozit malzemelere polimerlerin etkisinin anlaşılabilmesi açısından, sadece cam elyaf takviyeli kompozit malzemeler aynı şartlarda üretilerek, düşük hızlı darbe ve çekme testleri yapılmıştır. Çalışmanın son kısmında ise üretilmiş olan polimer takviyeli kompozit malzemelerin kimyasal özellikleri ve bağ yapılarının tespiti için FT-IR, DSC ve TGA testleri yapılmıştır.  Testlerin tamamı sonucunda, kompozit malzemelerin maruz kalabileceği maksimum kuvvetler, gerilmeler, uzama ve şekil değiştirmeler, radar absorpsiyon kapasiteleri, bağ yapıları, camsı geçiş sıcaklıkları, sıcaklık sonucunda ki kütle kayıpları belirlenip, karşılaştırılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde; polimerlerden elektrospin yöntemi ile elde edilen nanoliflerine %1 oranında grafen ve ÇDKNT katkılandırılmasının, mekanik dayanımı ve kimyasal yapılarında olumlu etkilerinin olduğu tespit edilmiştir. Ek olarak grafen ve ÇDKNT takviyesinin polimer takviyeli kompozit malzemelerin radar absorpsiyonu kapasitelerinde de olumlu etkileri olduğu saptlanmıştır. TPU, PAN ve PVC nanofiberlerinin saf ve nanopartikül katkılı şekilde kompozit malzemelerde kullanılması sonucunda, her bir polimerin farklı noktalarda dayanımları olduğu yapılan incelemeler sonucu belirlenmiştir. Tek bir polimerin öne çıkmadığı, üç polimerinde iyileştirmelere katkıda bulunduğu fakat yapısal özelliklerinin etkileri sonucunda farklı polimerlerin farklı test gruplarında iyileştirme sağladığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the nanofibers of polyacrylonitrile (PAN), polyvinylchloride (PVC) and thermoplastic polyurethane (TPU) polymers are produced by electrospin method. For each polymer; 9 different types of nanofibers were produced, with no additives, with 1% graphene added and 1% multi-walled carbonanotube (MWCNTs). By using the obtained nanofibers, the composite materials including 5 layer polymer matrix were obtained by using the manual deposit method. The thickness of each composite material is 4mm. Morphological structures of nanofibers produced in the first step of the study were investigated by Scanning Electron Microscope (SEM). In addition, tensile test was performed to determine the mechanical strength of each nanofiber. In the second stage of the study, the radar absorption capacity of the composite materials obtained from the nanofibers was measured and the tensile and low velocity impact tests were compared for the determination of their mechanical strength. As a result of the tensile test, the damaged surface morphology was investigated by SEM. In order to understand the effect of polymers on composite materials, only glass fiber reinforced composite materials were produced under the same conditions and low velocity impact and tensile tests were performed. In the last part of the study, FT-IR, DSC and TGA tests were performed to determine the chemical properties and bond structures of the composite materials including polymer matrix. As a result of the tests, the maximum forces, stresses, elongation and deformations to which composite materials may be exposed, radar absorption capacities, bond structures, glass transition temperatures, mass losses were determined, compared and the results were interpreted. When the results are examined; It has been determined that 1% graphene and MWCNTs additive to nanofibers obtained by the electrospin method from polymers have positive effects on mechanical strength and chemical structures. In addition, it was determined that graphene and MWCNTs additive have positive effects on the radar absorption capacity of composite materials including polymer matrix. As a result of the usage of TPU, PAN and PVC nanofibers in pure and nanoparticle added composite materials, It was determined that each polymer had strengths at different points. In addition to a single polymer, three polymers have contributed to improvements. However, it has been observed that different polymers provide improvement in different test groups as a result of the effect of structural properties.