Kalsit dolgulu polipropilenin yorulma davranışının incelenmesi
Investigation on the fatigue behaviour of calcite filled polypropylene
- Tez No: 166487
- Danışmanlar: PROF. DR. BARLAS ERYÜREK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 152
Özet
KALSİT DOLGULU POLİPROPİLENÎN YORULMA DAVRANIŞININ İNCELENMESİ ÖZET Polimerlerin çevrimsel yükler altında ve farklı frekanslarda gösterdikleri davranışın incelenmesi bu çalışmanın temel amacını oluşturmaktadır. Dolgu malzemelerinin kullanılmasıyla oluşabilecek etkiler ele alınmış, yapılan deneysel çalışmalarla kalsit dolgulu polipropilen numunelerin yorulma davranışları ve sonuçta oluşan hasar mekanizmaları incelenmiştir. Yapılan çalışmalar dolgulu ve dolgusuz olmak üzere üç farklı polipropilen numune üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bunlar sırasıyla saf PP, %20 ve %40 kalsit dolgulu PP'dir. Numuneler enjeksiyon kalıplama yöntemiyle üretilmiştir. Çekme deneyleri yapılarak dolgu malzemesinin polipropilenin çekme özellikleri üzerindeki etkisi belirlenmiştir. MTS 810 tipi bir yorulma cihazı kullanılarak çekme-çekme şeklinde ve 23Hz ile 50Hz değerinde frekansa sahip sinuzoidal dalga tipi uygulanmıştır. Çevrimsel frekansın ve dolgu oranın etkisi elde edilen S-N diyagramları yardımıyla incelenmiştir. S-N diyagramları normalize edilmiş ve edilmemiş olarak iki farklı şekilde ele alınmıştır. Son olarak ise yorulma sonucunda oluşan hasar mekanizması gözlemlenmiş ve numunelerde yorulma sırasında meydana gelen sıcaklık artışları analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre dolgu malzemesinin yapıyı rijitleştirdiği ve elastiklik modülünü arttırdığı görülmüştür. Buna göre %40 kalsit dolgulu PP çekme dayanımı diğer numunelerle kıyaslandığında daha düşük, elastiklik modülü ise daha yüksektir. Yüksek gerilme ve frekans değerlerinde PP numunelerde meydana gelen hasar oldukça hızlıdır. Yapıda tekrarlı yüklemeler sonucunda ısı enerjisi oluşmakta, oluşan bu ısı enerjisi ise numunenin sıcaklığını arttırarak elastiklik modülünün düşmesine ve numunenin yumuşamasına neden olmaktadır. Meydana gelen ısınma histerezis sonucu oluştuğu için histeretik ısınma olarak bilinmektedir. Hasar oluşumu genellikle numunelerin yumuşayarak boyun vermesi ile son bulmaktadır. Bu hasar mekanizması ısıl yorulma hasarıdır. Özellikle yüksek frekanslarda ve gerilme değerlerinde bu mekanizma daha etkindir. Hasar mekanizması bütün numunelerde aynıdır. S-N eğrileri incelendiğinde hepsinin bir yorulma dayanımı sergilediği görülmektedir. Dolgu malzemesinin yorulmaya etkisi incelendiğinde ise normalize edilmemiş S-N eğrilerinde her iki frekans değerinde de dolgu malzemesi oranı arttıkça yorulma dayanımının düştüğü görülmüştür. Ancak 50 Hz'de çekme dayanımlarına göre normalize edilerek elde edilmiş S-N eğrilerinde dolgu malzeme oranına bakılmaksızın tüm numuneler tek bir eğri ile ifade edilebilmektedir. 23 Hz'de ise böyle bir etkinin varlığı söz konusu değildir. Yüksek frekans değerinin bu durumu etkilediği düşünülmektedir. Bunun yanında 50 Hz'de normalizasyon sonucu elde edilen eğri bu davranışı sergileyecek“alt sınır”yorulma eğrisi olarak ifade edilebilir. Çünkü daha yüksek frekanslara doğru gidildikçe de eğrinin aynı özelliği sergileme olasılığı yüksektir. Numunelerde meydana gelen sıcaklık artış eğrilerinde hasar oluşana kadar sıcaklıkta sürekli bir artış olduğu görülmektedir. Özellikle xvyüksek gerilmelerde ve yüksek frekansta bu daha da etkindir. 23 Hz'de yapıları deneylerde ise sıcaklık eğrilerinde meydana gelen sıcaklık artışının daha yavaş olduğu ve farklı bir özellik sergilediği gözlemlenmiştir. Sıcaklık artışları yorulmanın ilk ve son safhalarında daha ani ve keskindir. Özellikle hasar oluşumuna doğru yaklaşıldıkça bu durum daha belirgin bir hal almaktadır. Orta safhada sıcaklık artışı kararlı olmasa da yavaş bir artış söz konusudur. Eğriler dolgu oranlan açısından ele alındığında ise %40 kalsit dolgulu PP'nin sıcaklık artışına karşı hassasiyetinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Bu durumun ise hasarın ısıl yorulma hasan şeklinde oluşmasıyla normalize edilmemiş S-N eğrilerinde dolgu oranı arttıkça yorulma dayanımının düşmesini açıklayabilecek unsurlardan biri olduğu düşünülmektedir. XVI
Özet (Çeviri)
INVESTIGATION ON THE FATIGUE BEHAVIOR OF CALCITE FILLED POLYPROPYLENE SUMMARY The main purpose of this study is to investigate on the behavior of polymers under cyclic stresses and different frequencies. The effects of using filling materials have been studied. With the experimental work fatigue behavior and the failure mechanisms of calcite filled poiyproylene specimens have been investigated. The studies have been made on filled and unfilled specimens of three different polypropylenes. These are pure PP, %20 and %40 calcite filled PP. Specimens have been produced by injection molding. Tensile tests have been done to evaluate the effects of filling materials on tensile properties of polypropylene. Tensile-tensile cyclic loading has been applied using MTS 810 test apparatus, having a sinusoidal waveform of different frequencies of 23 Hz and 50 Hz. Effects of cyclic frequency and filler content have been examined with the help of S-N diagrams. S-N diagrams have been studied with two different cases as normalized and unnonnalized types. Finally the failure mechanisms that occurred after fatigue have been observed and the temperature rises during fatigue have been analyzed. With the results obtained, it's seen that filling material increases the rigidity of the structure and the modulus of elasticity. According to this, tensile strengths of %40 calcite filled PP's are lower and modulus of elasticities are higher, as compared to the other specimens. At higher stresses and frequencies occurence of failure at PP specimens are rather fast. After the cyclic loading, heat energy generates and causes the temperature of the specimen to rise, the modulus of elasticity to drop and the structure to soften. This situation is known as hysteretic heating because heating occurs due to hysteresis generation. Generally failure results with softening and necking of specimens. This failure mechanism is thermal fatigue failure. Especially at high frequencies and high stress values, this mechanism is more effective. Failure mechanism are same for ail specimens. All of them show a fatigue limit as S-N diagrams are investigated. After the effects of filling material on fatigue behaviors are studied, it's seen that for unnormalized S-N diagrams at both frequencies, as increasing the filler content the fatigue strength drops. But for the S-N curves that were determined at 50 Hz of frequency after normalization according to tensile strength, regardless of the filling ratio, all specimens can be represented by one curve. At 23 Hz this case is not valid. It's thought that the high frequency value effects this situation. Besides this, the curve that's obtained after normalizing the curves at 50 Hz of frequency, can be defined as“lower limit”fatigue curve that can exhibit this behavior because at higher frequencies possibility of showing same behavior is high. As the temperature rise curves of the specimens are investigated, a continuous temperature rise has been seen till failure. Especially at high stresses and high frequency this is more effective. It has been realized that temperature rises are slower at 23 Hz frequency, and it has been observed that they exhibited a different character. Temperature rises at initial and final stages of fatigue are more rapid and XVllsharper, especially approaching to the failure it becomes more significant. At the middle stage of fatigue, temperature rise is not stable but it increases slowly. If the curves- are studied for the filling ratios, it has been seen that %40 calcite filled PP is more susceptible to the temperature rise. Since failure is thermal fatigue failure, this can be thought as one of the reasons of the reductions in the fatigue strength as increasing the filling ratio at unnorrnalized S-N curves. xvm
Benzer Tezler
- Effects of calcium carbonate (CaCO3) and maleic anhydrite addition on fatigue properties of polypropylene
Kalsiyum karbonat ve maleik anhidrit ilavesinin polipropilen malzemenin yorulma özelliklerine etkisinin incelenmesi
FATİH KOTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Bölümü
PROF. DR. İ. ERSİN SERHATLI
- Polimer esaslı malzemelerde dolgu maddelerinin sıcak plaka kaynağı mukavemetine etkisi
Fillers effect on the strength of the hot plate welding in polymer based materials
EMRE TAŞKIRAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİÇEK ÖZES
DOÇ. DR. SAMİ SAYER
- Kalsit dolgulu polipropilen kompozitlerde sıcaklığın yaşlanma özelliklerine etkisi
Effects of temperature on the aging properties of calcite filled polypropylene composites
ALİ UÇAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Metalurji MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖKSÜZ
- Kısa cam elyaf ve kalsit dolgulu polipropilen hibrit kompozitlerin fiziksel ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Analysing mechanical and physical properties of short glass fiber and calcite reinforced polypropylene hybrid composites
OĞUZKAN ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM MEHMET PALABIYIK
- Preparation and characterization of calcite (CaCO3) particulate filled thermoplastic composites
Kalsit (CaCO3) partikül dolgulu termoplastik kompozitlerin karakterizasyonu ve hazırlanması
ESİN KIZILTEPE
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TANOĞLU