PS/SIBS/KARBON nanotüp kompozitlerin üretimi, ısıl vemekanik özelliklerinin incelenmesi
Production of PS/SIBS/KARBON nanotube composites, investigation of thermal and mechanical properties
Yazar: MELEK IRMAK CENGİZ
Danışman: PROF. DR. SİNAN ŞEN ; DOÇ. DR. EMRE TEKAY
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Literatürde farklı stirenik termoplastik elastomerlerin (SIS, SEBS, SBS vs), PS polimeri ile birlikte blend nanokompozit hazırlamada kullanıldığı çalışmalar mevcuttur. Fakat, polistiren-poliizobutilen-polistiren (SIBS) triblok kopolimer içeren PS blendi ile ilgili çalışmaların oldukça az olduğu görülmüştür. PS/SIBS ile karbon nanotüp (CNT) dolgunun kullanıldığı bir nanokompozit çalışmasına ise rastlanmamıştır. Bu çalışmada, PS/SIBS blendleri ve PS/SIBS/CNT nanokompozit kompaundları, eriyik harmanlama yöntemiyle bir dahili karıştırıcıda hazırlanmış ve elde edilen nano kompozitlerin şekillendirilmesi laboratuvar tip bir sıcak preste gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan malzemelerin detaylı morfolojik, ısıl ve mekanik özellikleri dolgu yükleme derecesi açısından incelenmiştir. Üretilen blendlerde, PS matris içindeki, SIBS elastomer partikül boyutu, SIBS oranı arttıkça artmış ve bunun sonucunda beklendiği gibi, malzemelerin modül, çekme dayanımı ve tokluk değerleri azalırken, darbe direnci değerleri artmıştır. Ağırlıkça %20 SIBS içeren PS blendinin darbe mukavemeti değerinin, saf PS matris polimerine kıyasla yaklaşık %530 arttığı bulunmuştur. Bu blendin CNT dolgusu (3,5,7,10 phr) ile karıştırılması sonucu oluşturduğu nanokompozitlerde ise, nanotüp oranı artışı ile PS20SIBS blendine kıyasla, SIBS elastomer partiküllerinin boyutunun azaldığı görülmüştür. Bu sonuç, matris içinde dağılan nanotüplerin, proses sırasında PS viskozitesini arttırması sonucu, elastomer fazların birleşmesini engellemesine bağlanmıştır. Nanokompozitlerin tokluk, modül ve çekme dayanımı değerlerinin ise blende nazaran arttığı, darbe dirençlerinin ise azaldığı saptanmıştır. Hazırlanan malzemeler arasında, mekanik özellikler açısından optimum kompozisyona sahip olduğu düşünülen 5 phr CNT içeren nanokompozitin tokluk değerinin, PS20SIBS blendine kıyasla %117 arttığı, aynı nanokompozitin sabit gerilim altındaki sünme deformasyonunun ise, blende kıyasla yaklaşık %40 azaldığı bulunmuştur. Hazırlanan tüm PS20SIBS/CNT nanokompozitlerin ağırlıklarının %50 sini kaybettikleri sıcaklık (Td50) değerlerinin ve maksimum bozunma hızlarındaki sıcaklıklarının, PS20SIBS blendine göre yüksek olduğu ve bu nedenle ısıl kararlıklarının arttığı saptanmıştır.

Abstract:
In the literature, there are some studies in which different styrenic thermoplastic elastomers (SIS, SEBS, SBS etc.) are used together with PS polymer to prepare blend nanocomposites. However, studies on PS blend containing polystyrene-polyisobutylene-polystyrene (SIBS) triblock copolymer were found to be very few. A nanocomposite study using PS/SIBS and carbon nanotube (CNT) filler has not been found. In this study, PS/SIBS blends and PS/SIBS/CNT nanocomposite compounds were prepared in an internal mixer by melt blending method and they were molded in a laboratory type hot press. Detailed morphological, thermal and mechanical properties of the prepared materials were examined in terms of filler loading degree. In the blends, the SIBS elastomer particle size in the PS matrix increased as the SIBS ratio increased, and as expected, the modulus, tensile strength and toughness values of the materials decreased while the impact resistance values increased. It was found that the impact strenght value of the PS blend containing 20% by weight SIBS increased by approximately 530% compared to the neat PS matrix polymer. In the nanocomposites it was observed that the size of SIBS elastomer particles decreased with the increase of nanotube ratio compared to PS20SIBS blend. This result was attributed to the fact that the nanotubes dispersed in the matrix increased the PS viscosity during the process, thus preventing the elastomer phases from coalescing. It was determined that the toughness, modulus and tensile strength values of nanocomposites increased compared to blends, and their impact resistances decreased. It was determined that the toughness, modulus and tensile strength values of nanocomposites increased compared to blends, and their impact resistances decreased. It was found that the toughness value of the nanocomposite containing 5 phr CNT, which is thought to have the optimum composition in terms of mechanical properties, increased by 117% compared to the PS20SIBS blend, and its creep deformation under stress decreased by approximately 40% compared to the blend. The Td50 values at which all the prepared PS20SIBS/CNT nanocomposites lost 50% of their weight and the degradation temperatures at the maximum degradation rates were all found to be higher than the PS20SIBS blend, and therefore it can be stated that their thermal stabilities increased.