Farklı dolgu maddelerinin polipropilen esaslı kompozit malzemelerin ısıl bozunma ve yanma davranışlarına etkilerinin incelenmesi
Investigations the effects of different fillers on thermal decomposition and fire behaviors of polypropylene based composite materials
Yazar: YASİN DEMİRHAN
Danışman: PROF. DR. NAZIM USTA
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alev geciktirici = Flame delayer ; Borik asit = Boric acid ; Kil = Clay ; Organik maddeler = Organic matters ; Polipropilen = Polypropylene ; Termal özellikler = Thermal properties ; Uçucu kül = Fly ash ; Yanma = Combustion

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı dolgular ve alev geciktiricilerin özellikle araçlarda kullanılan polipropilen esaslı kompozit malzemelerin ısıl bozunma ve yanma davranışlarına etkileri incelenmiştir.
Polipropilenin ısıl kararlılık ve yanma direncini iyileştirmek için amonyum polifosfat ve pentaeritritoldan oluşan kabaran alev geciktirici (KAG) sistem ilave edilmiştir. Ayrıca, kompozitlerin özelliklerini iyileştirmek için KAG ve KAG'siz montmorillonit kili (MMT), borik asit (BA), ceviz kabuğu tozu (CKT), fındık kabuğu tozu (FKT), zeytin atığı tozu (ZAT) ve farklı uçucu küller (UK) de kullanılmıştır. Dolgu maddeleri ve alev geciktiricinin polipropilene ilavesi için çift vidalı ekstruder kullanılmıştır. Test numuneleri özel bir kalıp ve enjeksiyon makinesi kullanılarak üretilmiştir. Kompozitlerin tutuşma ve yanma özellikleri UL 94, LOI ve konik kalorimetre testleri ile belirlenmiştir. Isıl özellikler ise TGA, DSC ve ısı iletkenlik katsayısı ölçümleri ile incelenmiştir. Kompozitlerin yapılarının incelenmesi SEM ve FTIR ile gerçekleştirilmiştir. Bunlara ek olarak kompozitlerin çekme, eğilme ve darbe dayanımları da belirlenmiştir. Deneysel çalışmalar dışında, FDS (yangın dinamikleri simülatörü) programı kullanılarak ısıl bozunma ve yanma modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir.
Deneysel sonuçlar, polipropilene % 25 KAG ilavesinin ısıl bozunma ve yanma dirençlerini belirli seviyede artırdığını göstermektedir. Ayrıca, MMT, BA, CKT, FKT, ZAT ve uçucu küllerin KAG ile birlikte kullanılması mekanik özelliklerde dikkate değer olumsuzluklar oluşturmadan ısıl bozunma ve yanma dirençlerinde daha ileri seviyede iyileştirmeler yaptığı tespit edilmiştir. Aynı zamanda, KAG ilavesi olmadan CKT, FKT, ZAT ve uçucu kül ilaveleri ısıl bozunma ve yanma dirençlerinde sınırlı da olsa iyileştirmelere sebep olmuştur. Bunlara ek olarak, FDS kullanılarak elde edilen modelleme sonuçlarının belirli seviyede deneysel sonuçlar ile uyumlu olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the effects of different fillers and flame retardants on the thermal decomposition and the fire behaviors of polypropylene based composite materials especially used in vehicles were investigated.
An intumescent flame retardant (IFR) system composed of ammonium polyphosphate and pentaerythritol was added into the polypropylene to enhance the thermal stability and the fire resistance. In addition, montmorillonite clay (MMT), boric acid (BA), walnut shell powder (CKT), hazelnut shell powder (FKT), olive husk powder (ZAT) and different fly ashes (UKs) were used with and without IFR to improve the properties of the composites. A twin screw extruder was used to incorporate the fillers and the flame retardants into the polypropylene. The test samples were produced by using a special mold and an injection machine. The flammability and combustion properties of composites were examined by UL 94, LOI and cone calorimeter tests. The thermal properties of composites were examined by TGA, DSC and thermal conductivity measurements. The examination of the morphological structure of composites was carried out by SEM and FTIR. In addition, tensile, flexural and impact strengths of the polypropylene composites were determined. Apart from the experimental studies, thermal degradation and combustion modelling studies were carried out using FDS (Fire Dynamics Simulator) program.
The experimental results showed that % 25 IFR addition can improve the thermal and fire resistances of the polypropylene up to a certain level. Also, it was determined that the uses of MMT, BA, CKT, FKT, ZAT and UKs with IFR can generate further improvements in the thermal and fire resistances without significant adverse effects in the mechanical properties. Meanwhile, CKT, FKT, ZAT and UKs additions without IFR resulted in limited improvements in the thermal and the fire resistances. In addition, it was determined that the modelling results obtained using FDS were partially compatible with the experimental results.