Multifunctional properties of polymer foams and composites
Polimer köpüklerinin ve kompozitlerinin çoklu fonksiyonel özellikleri
- Tez No: 647742
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKNUR BAYRAM, DOÇ. DR. ÇERAĞ DİLEK HACIHABİBOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 184
Özet
Polimer köpükler, katı ve gaz fazlarından oluşan ve yalıtım ve taşımacılık uygulamaları için kullanılan düşük yoğunluklu malzemelerdir. Bu çalışmada, düşük yoğunluklu ve geliştirilmiş ısıl ve mekanik özelliklere sahip poli(metil metakrilat) (PMMA) köpüklerin sentaktik köpük üretimi ve süperkritik CO2 (skCO2) köpüklendirme yöntemleri kullanılarak üretilmesi amaçlanmıştır. Sentaktik köpükler, PMMA matriks içerisinde ağırlıkça %5, 10 ve 15 oranında içi boş cam mikroküreler (HGM'ler) dağıtılarak üretilmiştir. Yoğunluklarına göre farklı HGM tiplerinin kullanılması, HGM'lerin yüzeylerinin kaplanması ve katkı malzemesi olarak polihedral oligomerik silseskuioksan (POSS) nanoparçacıklar dağıtılarak hibrit sentaktik köpük elde edilmesi morfoloji, yoğunluk, ısıl ve mekanik özelliklerin geliştirilmesi için düşünülmüştür. CO2'nin yüksek basınçta matriks içerisine difüz edip çözünmesi ve CO2 salınımıyla matriks içerisinde gözeneklerin oluşmasını içeren skCO2 köpüklendirme ile PMMA köpükler elde edilmiştir. Süre, sıcaklık, basınç ve basınç tahliyesi hızı gibi köpüklendirme parametrelerinin ve CO2 seven POSS nanopartikülleri eklenmesinin köpüklerin gözenek çapı ve gözenek yoğunluğu gibi köpük morfolojisi, ısıl özellikleri ve yoğunlukları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sentaktik köpük çalışmalarında, ağırlıkça %15 oranında yüksek yoğunluklu HGM'lerin eklenmesiyle, polimerin yoğunluğu %10 azalmıştır. Daha yüksek mekanik özellikler yine bu HGM'lerin kullanılmasıyla elde edilmiştir. HGM'lerin yüzey kaplaması ve hibrit sentaktik köpük yaklaşımı, eğilme mukavemetini sırasıyla %12 ve %15 artırmıştır. SkCO2 köpüklendirme çalışmalarında, 35⁰C, 32 MPa'da 24 saat sürede proses edilen ve hızlı basınç tahliyesi yapılmış PMMA köpüklerin ortalama gözenek çapı, ağırlıkça %5 POSS nanoparçacıklarının eklenmesiyle 1.1'den 0.3 µm'ye düşmüştür. SkCO2 köpüklendirme yöntemi ile 35⁰C, 32 MPa'da 24 saat sürede proses edilen ve hızlı basınç tahliye koşulunda geri basınçlandırılan, ağırlıkça %5 HGM ve %5 POSS içeren PMMA sentaktik köpükler, büyük gözeneklerin çapının küçük gözeneklerin çapına oranının 154 olduğu iki farklı gözenek büyüklüğü dağılımlı yapıya sahip olmuştur.
Özet (Çeviri)
Polymer foams are low-density materials that consist of solid and gas phases and are used for insulation and transportation applications. This study aims to produce poly(methyl methacrylate) (PMMA) foams with low density and improved thermal and mechanical properties using syntactic foam production and supercritical CO2 (scCO2) foaming methods. Syntactic foams were produced dispersing 5, 10, and 15 wt.% hollow glass microspheres (HGMs) in the PMMA matrix. Using different HGM types based on their density, surface coating of the HGMs, and the hybrid syntactic foam approach by dispersing polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) nanoparticles as a reinforcement material were considered to improve the morphology, density, thermal and mechanical properties. PMMA foams were obtained with scCO2 processing in which CO2 diffuses and dissolves in the polymer matrix with the aid of high pressure and the releasing of the CO2 from the matrix forms the voids in the polymer matrix. The effects of foaming parameters: time, temperature, pressure, and venting rate as well as the addition of a CO2-philic POSS nanoparticles on foam morphology in terms of pore size and pore density, thermal properties, and density of the foams were investigated. In syntactic foam studies, the density of the polymer was reduced by 10% with the addition of 15 wt.% high-density HGMs. Higher mechanical properties were also obtained using these HGMs. Surface coating of the HGMs and the hybrid syntactic foam approach by dispersing POSS nanoparticles as a reinforcement material improved the flexural strength by 12% and 15%, respectively. In scCO2 foaming studies, the average pore diameter of PMMA foam, which was processed at 35⁰C, 32 MPa for 24 h and depressurized with fast venting rate, decreased from 1.1 to 0.3 µm with the addition of 5 wt.% POSS nanoparticles. PMMA syntactic foams containing 5 wt.% HGM and 5 wt.% POSS, processed with scCO2 at 35⁰C, 11 MPa for 24 h and depressurized with fast venting rate, had bimodal pore structure with the ratio of the diameters of the larger pores to smaller pores of 154.
Benzer Tezler
- Design and characterization of aromatic thermosettingcopolyester resin for polymer matrix nanocomposites
Aromatik termosetin tasarımı ve karakterizasyonupolimer matrisli nanokompozitler için kopoliester reçine
METE BAKIR
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiUniversity of Illinois at Urbana-ChampaignMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IWONA JASIUK
- Establishing microstructure – mechanical property relationship in multifunctional polymer foam core sandwich composites
Çok fonksiyonlu polimer köpük dolgulu sandviç kompozitlerin mikroyapıları ve mekanik özellikleri arasındaki ilişkinin kurulması
ÇİĞDEM ÇAĞLAYAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Çok işlevli uyluk çivisi tasarımı, üretimi ve mekanik özellikleri
Multifunctional femoral nail design, production and mechanical properties
MUHARREM MERAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
- Development of novel phase change materials with classical and supramolecular approaches
Klasik ve supramoleküler yaklaşımlarla yeni faz değişim malzemelerinin geliştirilmesi
EDA RENDE KILIÇ
Doktora
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULLAH AYDOĞAN
PROF. DR. AHMET ALPER AYDIN
- Cam elyaf iplikler ile güçlendirilmiş köpük çekirdekli kompozit sandviç yapıların mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the mechanical properties of composite sandwich structures having glass fiber tows-reinforced foam core materials
HACI ÖMER AKDERE
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇAĞRI UZAY