Development of an intermediate layer for multilayer hoses used in turbo lines of motor vehicles
Motorlu taşıtların turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı hortumlar için bir ara katman geliştirilmesi
- Tez No: 513710
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEGÜL ERSOY MERİÇBOYU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
MOTORLU TAŞITLARIN TURBO HATLARINDA KULLANILAN ÇOK KATMANLI HORTUMLAR İÇİN BİR ARA KATMAN GELİŞTİRİLMESİ ÖZET Motorlu araçların turbo hatlarında kullanılan kauçuk hortumların, içlerinden geçecek yüksek sıcaklıktaki ve genellikle motor yağı gibi agresif kimyasallar içeren havaya dayanıklı olması gerekmektedir. Bu sebeple, turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı kauçuk hortum yüksek sıcaklık ve yağ dayanımına sahip etilen akrilik kauçuk (AEM), veya yaygın bilinen ticari ismiyle Vamac® elastomeri içerir. AEM elastomeri; etilen, metil akrilat ve karboksilli asit grubuna sahip monomerden meydana gelen bir polimerdir. AEM elastomerinin üretimi esnasında; monomer seçimi ve oranı, molekül ağırlığı dağılımı kontrol edilerek farklı türleri elde edilebilmektedir. Bu türler temel olarak peroksit vulkanizasyon sistemi ile çapraz bağlanma meydana getirenler ve diamin vulkanizasyon sistemi ile çapraz bağlanma meydana getirenler olmak üzere iki gruba ayrılmaktadırlar. Diamin vulkanizasyon sistemi ile vulkanize olabilen terpolimer yapıdaki AEM elastomerlerinin oluşturmuş olduğu çapraz bağların bağlanma enerjisi peroksit ile vulkanize olan dipolimer yapıdaki AEM elastomerlerine göre çok daha yüksektir. Bu nedenle terpolimer yapıdaki AEM elastomerini içeren karışımlar ile daha yüksek sıcaklık dayanımı elde edilmekte ve turboşarj sistemlerinde dipolimer yapıdaki AEM elastomerlerine göre tercih edilmektedir. Turbo hatlarında kullanılan kauçuk hortumlarda, gerek iç, gerek dış katmanlarda, amin vulkanizasyon sistemi ile kürlenenen terpolimer yapıdaki AEM elastomerinden oluşan kauçuk karışımları kullanılmaktadır. Turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı hortumun görevini yerine getirebilmesi için hortumu oluşturan katmanların bir bütün olarak hareket etmesi gereklidir. Başka bir deyişle tüm hortum katmanlarının birbirine yapışma değerini veren kat ayrışma değerlerinin yüksek olması zorunludur. Turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı hortumlarda, havayla temas edecek iç katmanın hem yüksek sıcaklık hemde yağa karşı dayanıklı olması gerekmektedir. Ancak, hortumun dış katmanının iç katmana göre daha düşük sıcaklık dayanım isteği bulunmakta, herhangi bir yağ teması olmayacağından, yağ dayanım isteği bulunmamaktadır. Bu nedenle, hortum dış katmanında pahalı terpolimer AEM elastomeri içeren bir kauçuk karışımı yerine ucuz etilen propilen dien (EPDM) elastomeri içeren peroksitli kauçuk karışımlarının kullanılması çok daha ekonomik bir hortum üretimine olanak sağlamaktadır. Ancak, bu durumda polar yapıdaki AEM iç katman ile apolar yapıdaki EPDM dış katmanın yapışması en önemli sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada, çok katmanlı hortum sistemlerinde ki bu sorunu çözmek için hortum iç ve dış katmanını bağlayıcı ara katman olarak kullanılmak üzere yeni kauçuk karışım sistemleri geliştirilmiş ve optimize edilmiştir. Tasarımı yapılan çok katmanlı hortumun iç katmanında amin ile kürlenebilen etilen akrilik kauçuk (AEM) tabanlı bir karışım, dış katmanında ise peroksit ile kürlenebilen etilen propilen dien (EPDM) terpolimeri ile hazırlanan bir karışım kullanılmıştır. Ara katman olarak farklı kauçuk oranlarına sahip dipolimer AEM ve EPDM ile terpolimer AEM ve EPDM içeren karışımlar hazırlanmış ve özellikleri incelenmiştir. Hazırlanan karışımların mekanik özellikleri ile sıcaklığa ve yağa karşı olan dayanıklıkları belirlenmiştir. Farklı polarite ve viskozitelerdeki elastomerlerin kullanıldığı kauçuk karışımlarında kauçuk karışımını oluşturan bileşenlerin malzeme arayüz gerilimlerini aşarak karışım homojenizasyonunu sağlanması son ürün kauçuk karışımının istenen mekanik, kimyasal, dinamik özellikleri vermesi için şarttır. Bu nedenle tez çalışması kapsamındaki ara katman kauçuk karışımının istenen özellikleri sağlayabilmesi için karışımın içerisine homojenizatör ve uyumlaştırıcı ilavesinin de etkileri incelenmiştir. Hazırlanan karışımların içerisine karışımın homojenliğini arttırmaya yarayan Struktol 60NS homojenizatörü farklı oranlarında ilave edilmiştir. Karışıma, 5 phr oranında eklenen homogenizatörün kürlenme parametrelerinden olan ts2 ve tc90 değerlerinde düşüşe neden olduğu, oranın 5 phr seviyesinden 10 phr seviyesine çıkarılmasyla bu değerlere ters yönde bir etki yaptığı gözlenmiştir. Karışımların ölçülen camsı geçiş sıcaklıklarında da kürlenme parametreleri ile paralel sonuçlar elde edilmiştir. Karışımlara 5 phr homojenizatör ilavesi ile AEM/EPDM karışımların camsı geçiş sıcaklıkları birbirine yaklaşarak uyumluluklarının arttığı görülmüştür. Homojenizatör miktarının 5 phr seviyesinden 10 phr seviyesine çıkarılmasıyla bu etki ortadan kalkmıştır. Hazırlanan karışımlara ayrıca iki elastomer arasındaki uyumu arttırıcı bir malzeme olan EPDM entegre edilmiş maleik anhidrit (MA-g-EPDM) uyumlaştırıcısı ilave edilmiştir. Uyumlaştırıcı eklenmesi ile dipolimer AEM yerine terpolimer AEM içeren karışımlarda viskozitenin arttığı saptanmıştır. Ayrıca, karışımın morfolojisi iyileşmiş hem alt tabakaya hem de üst tabakaya olan yapışma değerlerinde artış meydana gelmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, AEM/EPDM oranı 60/40 olan hem terpolimer hem de dipolimer AEM içeren kauçuk karışımlarının istenilen parametreleri sağladığı ve çok katmanlı hortum sistemlerinde kullanılabileceği belirlenmiştir. Ma-g-EPDM uyumlaştırıcısının iki elastomer (AEM ve EPDM) arasındaki uyumu arttırmaya yönelik etkisi karışımlara dinamik testler uygulanarakta incelenmiştir. Bu amaçla dinamik mekanik analiz (DMA) ve DeMattia testleri uygulanmıştır. Gerçekleştirilen DMA analizlerinde karışımlara Ma-g-EPDM ilavesi ile karışımların tan δ değerinin düştüğü gözlenmiştir. DeMattia analiz sonuçlarına göre, özellikle terpolimer AEM içeren karışımlara Ma-g-EPDM eklendiğinde yırtılma ilerlemesinde azalma meydana gelmiştir. Bu sonuç, geliştirilen karışımların, dinamik açıdan, çok katmanlı hortum uygulamasında ara katman olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Çalışmanın son aşamasında, bu sonuçlara dayanarak, AEM/EPDM oranı 60/40 olan farklı karışımlar (DE6040N, DE6040M10, AE6040M10) hazırlanmış ve hortum üretim sisteminde ekstruder ve örgü makinası kullanılarak çok katmanlı hortum yapısında ara bağlayıcı katman olarak kullanılmıştır. Üretilen hortumların iç katmanı AEM elastomerinden üst katmanı ise EPDM elastomerinden oluşmaktadır. Bu hortumlara ek olarak, karşılaştırma yapmak için sadece AEM elastomerinin kullanıldıği bir hortum yapısı da tasarlanmış ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretimi yapılan hortumların gerçek çalışma şartlarında ki davranımlarını incelemek amacıyla gerçek şartlarında testler uygulanmştır. Ara katman olarak geliştirilen tüm karışımların hortum performans kriterlerini sağladığı görülmüştür. Bu çalışmanın sonucunda, motorlu araçların turbo hatlarında kullanılmak üzere amin ve peroksit bazlı vulkanizasyon sistemi ile beraber kürlenebilen, AEM/EPDM karışımından oluşan bağlayıcı bir ara katmana sahip, çok katmanlı bir hortum ilk kez üretilmiş ve patenti alınmıştır.
Özet (Çeviri)
DEVELOPMENT OF AN INTERMEDIATE LAYER FOR MULTILAYER HOSES USED IN TURBO LINES OF MOTOR VEHICLES SUMMARY Multilayer rubber hoses for turbo charger systems are expected to meet the requirements of specifications used in automotive industry. They are expected to be stable for a long time at service temperature with high oil resistivity and flexibility. In this study, new blend systems were developed and optimized to offer potential for using as an intermediate bonding layer for multilayer hoses. Multilayer comprises an intermediate layer in between an amine-curable ethylene acrylic (AEM) based inner layer and a peroxide-curable ethylene propylene diene (EPDM) terpolymer based outer layer. AEM and EPDM containing blends are promising candidates since it shows high temperature and oil resistivity and also low temperature flexibility having the properties of AEM and EPDM rubbers, respectively. Different compositions of dipolymer AEM/EPDM and terpolymer AEM/EPDM blends were successfully prepared and their mechanical properties, thermal resistivities and swelling ratios after oil immersion were investigated. Effects of homogenizer and compatibilizer on the properties of the blends were also investigated. For this purpose, blends were prepared using a homogenizer named Struktol 60NS in different phr values (5 phr and 10 phr). According to the results, addition of 5 phr homogenizer decreased both the scorch time and the curing time of the dipolymer AEM containing rubber blends. However, addition of a 10 phr homogenizer instead of 5 phr acted inversely and increased the scorch time and the curing time. In order to see the compatibilizer effect, maleic anhydride grafted EPDM (Ma-g-EPDM), which acts as an interfacial agent between AEM and EPDM phases, was introduced into the blends. Results showed that, the higher increase in the viscosity values and better improvement in the morphology and also higher adhesion values to the inner layer were observed when terpolymer AEM used in the blends instead of dipolymer AEM. In terms of thermal resistivity, the type of the rubber is much more effective than the compatibilizer addition into the blend system. Results showed that rubber blends prepared from both dipolymer AEM and terpolymer AEM with AEM/EPDM ratio of 60/40 are suitable for the intermediate binding layer applications. The effect of the compatibilizer addition was also explored by dynamic mechanical analysis (DMA) and DeMattia tests. Ma-g-EPDM addition into the rubber blends caused to decrease the crack propagation especially in the terpolymer AEM containing blends. The effect of the compatibilizer addition was also explored by scanning electron microscope. Results show that the curing systems used in the intermediate layers are quite effective in dynamical point of view. The blends having AEM/EPDM ratio of 60/40 (specifically DE6040N, DE6040M10, AE6040M10 samples) were produced and applied as an intermediate binding layer in a multilayer hose manufacturing system. Corresponding hoses have AEM based inner layer, EPDM based outer layer and developed intermediate layers. One more hose structure containing only AEM based rubber compounds in its both inner and outer layers was also manufactured for comparison. The produced hoses were subjected to the real life testing conditions. Cyclic pressure testing and also functional tests with two different fitting configuration were performed. At the end of these tests, all hoses did not showed any leaks or tears. At the end of this study, 3 different blend formulation were successfully developed and applied in a multilayer hose which is suitable in turbocharger systems. Moreover, a multilayer hose with an intermediate bonding layer of AEM/EPDM mixture, which can be cured by amine and peroxide based vulcanization system for use in charge air lines of motor vehicles was for the first time produced and patented.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of multilayer TiO2 membranes with hierarchically porous structure
Hiyerarşik gözenekli yapılı çok katmanlı TiO2 membranların üretimi ve karakterizasyonu
MERVE BULDU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA BEDİA BERKER
- MEMS ile entegre mikro ısıtıcı ve IDE mikro sistemlerin fabrikasyonu ve nano kompozit yarı iletken gaz sensör uygulaması
Fabrication of integrated micro heater and ide micro systems with MEMS and application of nano composite semiconductor GAS sensor
HALİME İLBEYİİLİNGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERNA MOROVA
DOÇ. DR. CİHAT TAŞALTIN
- Ark PVD yöntemiyle tin kaplanmış kesici takımların karakterizasyonu ve performanslarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
M.CENK TÜRKÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. E. SABRİ KAYALI
- Grafen tabanlı nanodolgular ile güçlendirilmiş yeni nesil termoplastik kompozitlerin geliştirilmesi
Development of new generation thermoplastic composites reinforced by graphene based nanofillers
ELÇİN ÇAKAL SARAÇ
Doktora
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AYDIN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU SANER OKAN
- Katodik Ark Pvd yöntemi ile üretilmiş tiaın ve tin kaplamalarının korozyon özellikleri
Başlık çevirisi yok
LEVENT CANDEMİR