Flame retardancy of polymer nanocomposites
Polimer nanokompozitlerin alevlenme dayanımı
- Tez No: 305727
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVDET KAYNAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 285
Özet
Bu tezin amacı, nanoparçacık tipi, nanoparçacık dağılımı, nanoparçacık geometrisi ve elyaf takviyesinin, alev geciktiricili polimer nanokompozitlerin alevlenme dayanımına etkisini incelemektir. Bu kapsamda montmorillonit nanokiller, çok-duvarlı karbon nanotüpler, haloysit kil nanotüpler ve silika nanoparçacıklar ile çeşitli alev geciktirici katkı malzemeleri arasındaki etkileşimler poli(metil metakrilat) (PMMA), darbe dayanımlı polistiren (HIPS), polilaktik asit (PLA) ve Poliamid-6 (PA6) matris termoplastikleri kullanılarak incelenmiştir. Kısa cam elyaf takviyeli PA6 kompozitlerde ise montmorillonit nanokil ve alev geciktirici katkının elyaf/matris arayüzey mukavemetine etkisi araştırılmıştır. İncelenen polimer nanokompozitler, ultrason yardımıyla çözeltide karıştırma ve çift vidalı ekstrüzyon ile eriyik halinde karıştırma yöntemleriyle üretilmiştir. Nanokompozitlerin morfoloji ve dağılımı, X-ışınları kırınımı ve geçirimli elektron mikroskobu ile incelenmiş, alevlenme dayanımı ise kütle kaybı konik kalorimetre yangın testleri, limit oksijen indeksi ölçümleri ve UL94 standart yanma testleri ile belirlenmiştir. Alevlenme dayanımı mekanizmaları, yanma sonrası elde edilen küllerin taramalı elektron mikroskobu, geçirimli elektron mikroskobu, X-ışınları kırınımı ve infrared spektroskopisi analizleri ile açığa çıkarılmıştır. Malzemelerin ısıl kararlılık ve bozunma davranışları termogravimetrik analizler ile incelenmiştir. Mekanik özellikler çekme testleri ile belirlenmiş, kırılma yüzeyleri ise taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Nanoparçacık tipinin alevlenme dayanımına etkisinin incelendiği montmorillonit nanokiller ve çok-duvarlı karbon nanotüpler içeren fosfor/azot tabanlı alev geciktiricili PMMA nanokompozitlerde, karbon nanotüpler yanma esnasında katı fazda oluşan inorganik kül tabakasının oluşmasını engellemiş ve malzemenin maruz kaldığı efektif ısı akısını yükselterek yangın direncini kayda değer oranda düşürmüştür. Diğer taraftan, nanokiller koruyucu kül tabakasını yapısal olarak güçlendirmiş ve ısı salım hızı, kütle kaybı hızı ve kül miktarı gibi değerleri yükselterek malzemenin yangın direncini arttırmıştır. Nanokil dağılımının etkisinin incelendiği alüminyum hidroksit alev geciktiricili HIPS karışımlarında, nanokompozit morfolojinin mikrokompozit morfolojiye kıyasla alevlenme dayanımı performansının yaklaşık iki kat üstün olduğu belirlenmiştir. Bu, nanokillerin iyi dağılımı sayesinde etkinleşen bariyer mekanizması ile düşük kütle kaybı hızı elde edilmesine bağlanmıştır. Nanokompozit oluşumu sayesinde alüminyum hidroksit alev geciktiricinin sebep olduğu mukavemet kaybının geri kazanılabileceği gösterilmiştir. Nanoparçacık geometri etkisinin incelendiği fosfor tabanlı alev geciktiricili PLA nanokompozitlerde, nanoparçacık/polimer matris arayüzey miktarına paralel olarak yangın performansı çubuksu (1-D) < küresel (0-D)
Özet (Çeviri)
This thesis is aimed to understand the role of nanofiller type, nanofiller dispersion, nanofiller geometry, and, presence of reinforcing fibers in flame retardancy of polymer nanocomposites. For this purpose, montmorillonite nanoclays, multi-walled carbon nanotubes, halloysite clay nanotubes and silica nanoparticles were used as nanofillers in polymeric matrices of poly (methyl methacrylate) (PMMA), high-impact polystyrene (HIPS), polylactide (PLA) and polyamide-6 (PA6) containing certain conventional flame retardant additives. Furthermore, the influence of nanofiller and flame retardant additives on fiber/matrix interfacial interactions was studied. Materials were prepared by twin-screw extrusion melt-mixing and ultrasound-assisted solution-mixing techniques. Characterization of nanocomposite morphology was done by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. Flame retardancy was investigated by mass loss cone calorimetry, limiting oxygen index measurements and UL94 standard tests. Flame retardancy mechanisms were revealed by characterization of solid fire residues by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, infrared spectroscopy and X-ray diffraction. Thermal degradation and stability was studied using thermogravimetric analysis. Mechanical properties were determined by tension tests and fracture surfaces were observed under scanning electron microscope. Influence of nanofiller type was investigated comparing the behavior of montmorillonite nanoclay and multi-walled carbon nanotube reinforced PMMA nanocomposites containing phosphorous/nitrogenous intumescent flame retardant. Carbon nanotubes hindered the formation of intumescent inorganic phosphate barrier which caused the samples to be exposed to larger effective heat fluxes during combustion. Contrarily, nanoclays physically reinforced the protective barrier without disrupting the intumescent character, thereby allowing for lower heat release and mass loss rates, and increased amounts of residue upon combustion. Influence of nanofiller dispersion was studied comparing nanocomposite and microcomposite morphologies in montmorillonite nanoclay reinforced HIPS containing aluminum hydroxide flame retardant. Relative to microcomposite morphology, reductions in peak heat release rates were doubled along with higher limiting oxygen index and lower burning rates with nanocomposite formation. Improved flame retardancy was attributed to increased amounts of char residue and lower mass loss rates. Nanocomposite formation allowed for the recovery of tensile strength reductions caused by high loading level of the conventional flame retardant additive in polymer matrix. Influence of nanofiller geometry was investigated for phosphorus based intumescent flame-retarded PLA nanocomposites. Fire performance was increased in the order of rod-like (1-D) < spherical (0-D)
Benzer Tezler
- Organokil takviyeli melamin formaldehit köpüklerin (OKMFK) mikrodalga ışınlama tekniği ile sentezi ve karakterizasyonu
The synthesis and characterization by microwave irradiation technique of organoclay-reinforced melamine formaldehyde foams (OCMFF)
ELİF ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET GÜRSES
- Nanokompozit yapılı lif tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of nanocomposite fibers
NURAY KIZILDAĞ
Doktora
Türkçe
2017
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY UÇAR
- Yanma geciktirici özelliği arttırılmış polimer–kil nanokompozitlerin hazırlanması
Preparation of polymer-clay nanocomposites with improved flame retardancy
SEDA EŞİYOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLAY BAYRAMOĞLU
- Termoset/kil nanokompozitlerin tiyol-epoksi click kimyasıyla hazırlanması
Preparation of thermoset/clay nanocomposites by thiol-epoxy click chemistry
ÖZLEM PURUT KOÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
- Flame retardancy of polyamide compounds and micro/nano composites
Poliamid kompaundlarının ve mikro/nano kompozitlerinin alevlenme dayanımı
HÜSEYİN ÖZGÜR GÜNDÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVDET KAYNAK