Geri Dön

Investigation of thermal aging of styrene butadiene rubber/ethylene propylene diene monomer blends

Stiren butadien kauçuk ve etilen propilen dien kauçuk karışımlarının ısıl yaşlandırmalarının incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 467306
  2. Yazar: ZEYNEP SONGUR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURSELİ UYANIK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 99

Özet

Kauçuk bugünkü endüstrinin en önemli maddelerinden biridir. Kauçuklar yüksek esneklik ve dayanım, iyi yırtılma ve aşınma dayanımı, düşük deformasyon ve kolay işlenme gibi özelliklerinin kazandırdığı çok geniş bir kullanım alanına sahip polimerik malzemeler içinde önemli bir sınıftır. En önemli özelliklerinden biri uygulanan kuvvetin kaldırılmasıyla orijinal boy ve şekillerine geri dönebilen yapıya sahip olmalarıdır. Çapraz bağlanmamış ama çapraz bağlanma özelliğine sahip yüksek molekül ağırlıklı moleküllerden oluşurlar. Çapraz bağlanma yani vulkanizasyon, basınç altında, peroksit veya kükürt içeren yapının ısıtma işlemi sayesinde kimyasal yapı değişikliğine uğrayarak geri dönüşümsüz elastik özelliklere sahip bir duruma gelmesi işlemidir. Bu işlem sonrasında çapraz bağ atomları polimer zincirleri arasında kauçuğa direnç verecek ve kauçuğun elastik davranışını sağlayacak çapraz bağları oluşturmuş olur. Vulkanize kauçuğun özellikleri çapraz bağlanma şekline ve yoğunluğuna bağlıdır. Polimer zincirlerini bağlayan çapraz bağ miktarı arttıkça ortaya çıkan yapı yüksek kopma, sertlik, yırtılma değerlerine sahip olur. Bu özelliklerinden dolayı kauçuk türü malzemeler günlük yaşamın içinde her alanda yer almış bir mühendislik malzemesidir. Otomobil sektörü başta olmak üzere hortum, aks körükleri, kapı ve cam fitilleri, ayakkabı, düğme, tarak, yapıştırma solüsyonları, cam silecekleri, contalar ve transmisyon kayışları gibi günlük yaşamdaki birçok araç ve gereçte kullanılmaktadır. Kauçuklar, doğal (NR) ve sentetik kauçuk olmak üzere ikiye ayrılırlar. Poliisopren kauçuk (IR), butil kauçuk (IIR), butadiene kauçuk (BR), akrilonitril-bütadien kauçuk (NBR), polikloropren (CR), silikon kauçuk (Q), etilen-propilen-dien kauçuk (EPDM) ve stiren-bütadien kauçuk (SBR), başlıca kullanılan sentetik kauçuklardandır. Son yıllarda en hızlı gelişen Etilen propilen dien monomer (EPDM) en önemli sentetik kauçuklardan biridir. Yapısındaki çift bağ sayesinde EPDM kauçuklar yüksek doymamış özellikte NR, BR, NBR ve SBR gibi kauçuklarla karıştırılabilirler. EPDM kauçuğu denildiğinde ilk akla gelen özellik düşük camsı geçiş sıcaklığına sahip olmasıdır. Bu nedenle düşük sıcaklık özellikleri iyidir. Yüksek mekanik ve elektriksel özellik, yaşlandırmaya, ozona, polar çözücülere ve ısıya karşı direnci de sahip olduğu özellikleri arasındadır. Malzemenin bir diğer avantajı da dolgu ve yağ alabilme kapasitesine bağlı olarak maliyetinin oldukça düşük olmasıdır. Statik ve dinamik uygulamalarda özelliklerinin çok iyi olması nedeniyle hortum ve profiller basta olmak üzere otomotiv endüstrisi bu kauçuğun önemli bir payını oluşturmaktadır. SBR, stiren ve bütadien monomerlerini emülsiyon veya süspansiyon polimerizasyonu ile kopolimerleştirilerek elde edilen sentetik kauçuk türüdür. Bütadien/stiren oranı genellikle 75/25'tir. E-SBR kauçuklar 250000-800000 arasında ortalama molekül ağırlığı değerlerine sahiptirler. SBR özellikleri polimerizasyon tipine bağlı olarak farklılıklar gösterebilir. Örneğin, çözelti polimerizasyonu ile elde edilen SBR'nin işlenebilmesi E-SBR'den daha zor olmakla birlikte elastomerlerin aşınma mukavemetleri yüksektir ve dinamik çalışma sırasında ısı oluşumu (heat build-up) daha azdır. SBR özelliklerini etkileyen başka bir parametre ise stiren oranıdır. Stiren oranı arttıkça camsı geçiş sıcaklığı artar ve elastikiyet azalır. Bununla birlikte işlenebilmesi daha zor hale gelmesine rağmen mekanik özellikleri daha iyidir. En önemli kullanım alanı araç lastiği üretimidir. Bunun dışında teknik parçaların üretiminde (renkli ve beyaz mekanik eşyalar), hortum, konveyör kayışı, ayakkabı tabanı ve yapıştırıcı imalatlarında kullanılmaktadır. Kauçukların saf halde kullanılması pek mümkün değildir ve katkı maddeleri eklenerek sağlam malzemeler haline getirilmesi gerekir. Bu katkı maddeleri, çapraz bağlanma maddeleri, dolgu maddeleri, plastikleştiriciler, süreç hızlandırıcılar, yaşlanma önleyiciler, koruyucular, şişme ajanları, renklendiriciler ya da özel amaçlar için kullanılan malzemelerdir. Katkı maddelerinin eklenmesiyle, mekanik özelliklerin iyileşmesi, fiyatın düşmesi, iyi işlenebilme gibi özelliklerde artış gözlenir. Kauçuk özelliklerinin iyileştirilmesinde kullanılan etkili bir yöntem daha vardır, iki kauçuk türünün fiziksel karışımı yani“blend”oluşumudur. En az iki polimerin kimyasal bağ olmadan fiziksel karışımlarına blend adı verilir. Bu polimer karışım metodunun sonucunda genellikle iyileştirilmiş ısıl ve mekanik özelliklere sahip, daha düşük maliyetli ürün elde etmek hedeflenir. Tek başlarına kullanıldıklarında, etilen propilen dien kauçuk türünün ısı dayanımı, stiren bütadiene kauçuğun ise mekanik özellikleri kauçuk endüstrisinde kendilerine ait kullanım alanları yaratmıştır. Yapılan araştırmalarda, bu iki kauçuk türünün fiziksel karışımının gelişmiş ısıl dayanımı ve mekanik özellikleri sergilemesi beklenmiştir. Bu çalışmada, etilen propilene dien monomer kauçuk (EPDM) ve stiren bütadien kauçuk (SBR) türleri değişik oranlarda fiziksel olarak karıştırılmış ve ısıl yaşlandırma sonucu mekanik özellikleri incelenmiştir. Çalışmada 50 phr yağ içeren EPDM (EPDM 4465) ve yağ içermeyen EPDM (EPDM 4460) olmak üzere iki tip EPDM kullanılmıştır. 10 adet karışım EPDM 4465 ile 10 adet karışım 4460 ile laboratuvar tipi banbury karıştırıcısında daha sonra da laboratuvar tipi kauçuk milinde hazırlanmıştır. Her iki set için de aynı kauçuk reçetesi kullanılmış olup peroksit ile vulkanizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Karışımların camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) ve pik sıcaklıkları diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile belirlenmiştir. Yeterli sıcaklık aralığı sağlanamadığı için DSC eğrilerinde Tg gözlemlenememiş, pik alanından faydalanılarak kristallenme dereceleri hesaplanmıştır. Karışımların pişme zamanı ve pişme karakteristikleri, 150 oC sıcaklıkta, reometre cihazı (MDR) ile belirlenmiştir. Reometre ile kauçuk karışımının vulkanizasyonu sırasındaki akma davranışı ve minimum viskozite (ML), maksimum tork değeri (MH), malzemenin yayılmaya başladığı süre (ts1), ön pişme süresi (ts2), ML-MH aralığındaki tork değerinin % 90'ını elde edebilmek için geçen süreyi ifade eden optimum pişme süresi (t90) gibi kauçuk malzemenin pişme davranışı hakkında önemli bilgiler veren değerler elde edilmiştir. Karışımların pişme süreleri içerisinde bulunan SBR miktarına göre 23 ile 24 dakika arasında değişmektedir. ML ve MH değerleri EPDM kauçuğun değerleri ile karşılaştırıldığında 80:20 (EPDM:SBR) oranlı karışım hariç azalma göstermektedir. Karışımların vulkanizasyon işlemi, reometrede belirlenen pişme süreleri doğrultusunda hidrolik preste 150 °C'de gerçekleşmiştir. Örnekler 2 mm kalınlığında plakalar halinde hazırlandı. Hazırlanan örnekler ASTM D412 standardına göre kesme aletiyle papyon şeklinde kesildi. Numunelerin bir kısmı 125 oC ve 168 saat etüvde bekletilerek ısıl yaşlandırma işlemleri gerçekleştirildi. Yaşlandırma öncesi ve sonrası örneklerin mekanik özellikleri (kopma dayanımı, kopmadaki uzama değerleri) 500 mm/dk çekme hızıyla gerçekleşen çekme testiyle belirlendi. Karışımlardaki SBR miktarlarına bağlı olarak kopma dayanımında ve kopmada uzama değerlerinde değişiklikler gözlemlenmiştir. Yaşlandırma öncesi ve sonrası testlerinde elde edildiği üzere EPDM miktarı azaldıkça karışımların kopma dayanımı ve uzama değerlerinde düşüş görülmüştür. Karışımlardaki SBR miktarı arttıkça yaşlandırma sonrası kopma dayanımı ve uzama değerlerindeki düşüş yüzdesinde artış belirlenmiştir. Sertlikler Shore A tipi sertlik ölçüm cihazı ile belirlendi. SBR eklenmesi ile sertlik az oranda artış göstermiştir. Aşınma dayanımı EN ISO 4649 standartlarına uygun şekilde aşınma dayanımı test cihazında belirlendi. Karışım içindeki SBR miktarı %50 olana kadar artan aşınma dayanımı, SBR miktarı çoğunluktayken düşüş göstermiştir. Bütün testler sonucu geliştirilmiş ve en iyi test değerlerine sahip olan blend, her iki EPDM için de 80:20 oranlı EPDM/SBR karışımı olduğu belirlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Rubber is one of the most important material in industry. It has significantly high elasticity and durability, good tear and abrasion resistance and low deformation. Having the structure which can return to original size and dimension when force is removed is the main distinctive characteristic from thermoplastics. Rubber is used in many vehicles and equipment such as automobile sector hose, door and glass seals, bonding solutions, windshield wipers, seals and conveyor belts in daily life. Styrene-butadiene rubber (SBR) is a type of synthetic rubber and it represents half of all synthetic rubber production. The most important properties of SBR is the mechanical properties. EPDM is a rubber has high mechanical properties, resistance against thermal, ozone and polar solvents. Blending is the common favored method that is used to improve properties of rubbers. Blend is defined as physical mixture of at least two different polymers without any chemical bonding. As a result of this method, the product has developed thermal and mechanical properties and can be produced with low cost. In this study, ethylene propylene diene monomer (EPDM) and styrene butadiene rubber (SBR) were blended prepared with different ratios and their properties were investigated. Two types of EPDM (EPDM 4460, EPDM 4465) were used in study. Compounds were prepared in laboratory type banbury and two roll mill, respectively. The curing time and curing characteristics of compounds were obtained by using moving die rheometer at 150 oC. Differential Scanning Calorimeter (DSC) was used determine glass transition (Tg) and curing peak (Tp) temperatures of compounds Curing times of rubber compounds did not change significantly. Minimum viscosity (ML), maximum torque value (MH) were affected by amount of SBR used in blends. All compounds were cured at hydraulic hot press at 150 oC for pre-determined curing times. Blends which were suitable for international test standards were treated at 125 oC for 168 h in hot-aging oven. After thermal aging, mechanical properties of blends (tensile strength, elongation at break) were obtained with a tensile test machine. Mechanical properties exhibited some differences depending on amount of SBR used in blends. Hardness values were measured by using a Shore A type durometer. Abrasion resistances were evaluated with abrasion resistance machine according to international standards. Hardness value of blends increased with increasing amount of SBR in blends. It has also been observed that the SBR rich blends showed low abrasion resistance.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    439623

    Investigation of the effects of chrome-tanned leather additives in natural rubber and styrene-butadiene rubber

    Kromla tabaklanmış deri katkısının doğal kauçuk ve stiren-bütadien kauçuğuna etkisinin incelenmesi

    SEMİH ŞAŞMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURSELİ UYANIK

  2. Tez No

    441734

    Isıl ve uv yaşlandırmanın abs/kırmızı çamur ve hdpe/kırmızı çamur polimer kompozitlerinin mekanik, ısısal ve mikro yapı özelliklerine etkisi

    The effect of thermal and uv aging in mechanical, thermal and microstructural properties of abs/redmud and hdpe/redmud polymer composites

    MEHMET KURT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Metalurji MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MÜNİR TAŞDEMİR

  3. Tez No

    350644

    Yüzeyi polimer kaplı magnetit nano taneciklerin yeni bir yöntemle tek basamakta elde edilmesi

    A new method for preparing polymer capsulated magnetic nanoparticles in one pot

    ELİF CAN BELLİKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OKAN SİRKECİOĞLU

  4. Tez No

    759779

    Termal yaşlanmanın uçak motor yağlarına etkilerinin incelenmesi

    Investigation of the effect of thermal aging on aircraft engine oils

    FELİD ÖKMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiKocaeli Üniversitesi

    Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHLİKA ŞENGÜL KARAARSLAN

  5. Tez No

    514732

    Yama ve yapıştırıcı kullanılarak tamir edilmiş kompozit levhaların burkulma davranışı üzerine termal yaşlanma etkilerinin araştırılması

    Investigation of the effects of thermal aging on the buckling behavior of repaired composite plates using patches and adhesives

    BARAN ERKEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiDicle Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KADİR TURAN

Geri Dön