Kimyasal köpürtme yöntemi ile üretilen vollastonit katkılı polipropilen kompozit köpüklerin özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of wollastonite filled polypropylene composite foams prepared by chemical foaming method
Yazar: MERT ÇALIŞKAN
Danışman: DOÇ. DR. MERAL AKKOYUN KURTLU
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Polimer Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Ekstrüzyon = Extrusion

Özet:
Günümüzde otomotiv alanında hayatımızı kolaylaştıran birçok yenilikler bulunmakta ve her gün bir yenisi daha geliştirilmektedir. Diğer bir yandan, bu yenilikler beraberinde dünyamızda daha fazla karbon ayakizi anlamına gelmektedir. Bu anlamda, literatürde karbon ayakizinin azaltılmasına yönelik otomotiv kompozitleri ve özellikle de otomotiv sektöründe çokça kullanılan polipropilen kompozitlerine yönelik çok sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu doğrultuda, son yıllarda polimer köpük kompozitlerin kimyasal ve fiziksel köpürtme yöntemleri kullanılarak daha yoğun bir şekilde araştırıldığı görülmektedir. Bu sayede, hedeflenen daha hafif ve daha az karbon dioksit emisyonu sağlayacak şekilde otomotiv sektörüne yönelik daha uygun polimer kompozitlerin üretimine ağırlık verilmiştir. Bu çalışmanın amacı, doğal bir mineral olan vollastonit (V) katkılı polipropilen (PP) köpük kompozitlerin kimyasal köpürtme yöntemi ile üretimi ve elde edilen kompozitlerin yoğunluk, mekanik, termal, mikroyapı ve kimyasal özelliklerinin incelenmesidir. Bu sayede, daha hafif, çevre dostu ve vollastonit sayesinde daha yüksek mekanik özelliklere sahip olan polimer köpük kompozitlerin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Ayrıca, vollastonit oranının (ağırlıkça %2,5 ve %5) ve kimyasal köpürtme ajan (KKA) oranının (ağırlıkça %1, %1,5 ve %2) etkisi de araştırılmıştır. Böylece, hem mekanik hem de termal anlamda en uygun özellikleri sağlayan köpük kompozitin belirlenmesi hedeflenmektedir. Bu köpük kompozitler iki aşamalı olarak üretilmiştir. İlk aşamada, homojen bir karışım elde etmek adına, çift vidalı ekstrüder kullanarak kompozitler granül halde elde edilmiştir. Daha sonra, köpük yapısının oluşabilmesi için, basınçlı kalıplama cihazı kullanarak kimyasal köpürtme ajanının aktifleşeceği sıcaklıkta üretim gerçekleştirerek polimer köpük kompozitler elde edilecektir. Son olarak, elde edilen numunelerin yoğunluk, mekanik, termal, mikroyapı ve kimyasal özellikleri incelenmiştir. Tüm bu çalışmalar neticesinde, sabit vollastonit katkı oranında KKA oranı arttıkça, köpük kompozitin yoğunluğunun ve kopmadaki uzama değerinin arttiği, çekme ve darbe dayanımı değerlerinin de düştüğü gözlemlenmiştir. Ayrıca, sabit KKA oranında vollastonit oranı arttıkça, köpük kompozitin yoğunluğunun ve çekme ile darbe dayanımı değerlerinin arttiği ve kopmadaki uzama değerinin düşürdüğü görülmüştür.

Abstract:
Nowadays, numerous innovations have made our lives more convenient, with new developments emerging daily.  However, these innovations also bring an increased carbon footprint to our world. In this sense, there are many studies in the literature on automotive composites and especially polypropylene composites, which are widely used in the automotive industry, to reduce carbon footprint. In this regard, in recent years, polymer foam composites have been researched more intensively using chemical and physical foaming methods. In this way, emphasis has been placed on the production of more suitable polymer composites for the automotive industry, with the aim of being lighter and providing less carbon dioxide emissions.
The aim of this study is to produce polypropylene (PP) foam composites with wollastonite (W), a natural mineral, by chemical foaming method and to examine the density, mechanical, thermal, microstructure and chemical properties of the resulting composites. In this way, it is aimed to develop polymer foam composites that are lighter, environmentally friendly and have higher mechanical properties thanks to wollastonite. Additionally, the effect of wollastonite ratio (2.5% and 5% by weight) and chemical foaming agent (CFA) ratio (1%, 1.5% and 2% by weight) was also investigated. Thus, it is aimed to determine the foam composite that provides the most suitable properties both mechanically and thermally. These foam composites were produced in two stages. In the first stage, composites were obtained in granular form using a twin screw extruder to obtain a homogeneous mixture. Then, in order to form the foam structure, polymer foam composites were produced by using a compression molding device at a temperature where the chemical foaming agent can be activated. Finally, the density, mechanical, thermal, microstructure and chemical properties of the obtained samples were examined. As a result of all these studies, it has been observed that as the CFA ratio increases at a constant wollastonite filler rate, the density of the foam composite and the elongation at break value increased and the tensile and impact strength values decreased. In addition, it was observed that as the wollastonite ratio increased at a constant CFA ratio, the density of the foam composite and its tensile and impact strength values increased, while the elongation at break value decreased.