Geri Dön

Polystyrene-based and carbon fabric-reinforced polymer composites containing carbon canotubes: Preparation, modification and characterization

Polistiren bazlı ve karbon kumaş ile güçlendirilmiş karbon nanotüp içeren polimer kompozitleri: Hazırlanması, modifikasyonu ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 653012
  2. Yazar: BERRAK ERKMEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. GÖKNUR BAYRAM
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 230

Özet

Karbon Kumaş ile Güçlendirilmiş Polimerler (CFRP'ler), yüksek mekanik özellikleri, elektriksel iletkenliği ve havacılık, otomotiv, denizcilik ve enerji sektörlerinde ağırlık azaltma çözümleri sunması nedeniyle dikkat çekmektedir. Termoset-bazlı CFRP'lerin geri dönüşümü, uzun işleme süreleri, gözle görülmeyen hasarları ve karmaşık onarım prosedürleri sorunlara yol açtığı için termoplastik bazlı CFRP'lerin uygulanması konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışma, polistiren (PS) bazlı ve karbon nanotüpler (CNT'ler) ve karbon kumaş (CF) ile güçlendirilmiş çok katmanlı kompozitler üretmeyi, ve PS'e, CNT'lere ve CF'e modifikasyonlar uygulayarak onların çoklu fonksiyonel özelliklerini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Tez altı bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde, CNT'ler yüzey aktif maddeler, silan bağlama ajanları ve bir kopolimer ile modifiye edilerek polimer matriks içinde homojen olarak dağıtılmıştır. Modifiye edilmiş CNT'lerin PS/toluen çözeltisinde süspansiyon stabilitesi araştırılmıştır. Daha sonra, PS-CNT'lerin ikili kompozitleri farklı eriyik karıştırma koşullarında üretilmiş ve optik mikroskop, elektriksel direnç ölçümleri, çekme ve darbe testleri ile karakterize edilmiştir. Ayrıca, maleik anhidrit ile aşılanmış poli[stiren-b-(etilen-ko-butilen)-b-stiren] (SEBS-g-MA) elastomeri, işlenebilirliği geliştirmek ve yapıda yumuşak bir segment oluşturmak için seçilen ikili kompozitlere eklenmiştir. PS-SEBS-gMA-CNT'ler morfoloji, elektriksel, mekanik ve şekil hafıza özellikleri açısından karakterize edilmiştir. Sonuçlar, H2SO4-HNO3 solüsyonu ve (3-Trimetoksisililpropil) metakrilat (MSPM) ile muamele edilmiş CNT'lerin polimer matriks içinde iyi dağıldığını ve elastomer varlığında PS'in özelliklerini geliştirdiğini ortaya çıkarmıştır. İkinci bölümde, PS 0,01, 0,008 ve 0,005 mol/L başlatıcı konsantrasyonlarında yığın polimerizasyonu yöntemi ile sentezlenmiştir. Sentezlenen PS'nin özelliklerini ticari PS ile karşılaştırmak için kimyasal yapı, eriyik akış indeksi, ortalama moleküler ağırlıklar ve termal özellikler kullanılmıştır. Sonuçlar, PS'nin tüm başlatıcı konsantrasyonları ile başarılı bir şekilde sentezlendiğini, ancak özelliklerin 0,005 mol/L başlatıcı konsantrasyonunda ticari PS'ninkine yakın olduğunu göstermiştir. Üçüncü bölümde, PS-CNT derişik karışımları 0,005 mol/L başlatıcı konsantrasyonunda yerinde polimerizasyon ile üretilmiş, ve sonra kimyasal yapıları ve termal özellikleri açısından karakterize edilmiştir. PS-CNT derişik karışımları, modifiye edilmemiş CNT'ler ve MSPM ile işleme tabi tutulmuş CNT'ler ile başarıyla sentezlenmiştir. Dördüncü bölümde, kompozit hazırlama tekniklerinin mekanik, elektriksel ve şekil hafıza özelliklerine etkisini araştırmak için, çok katmanlı kompozitlerin polimer katmanları, doğrudan eriyik karıştırma ve PS-CNT derişik karışımlarının seyreltilmesi metotları ile hazırlanmıştır. Sonuçlara göre, MSPM-CNT'leri içeren derişik karışımların seyreltilmesi metodu ile üretilen kompozit, doğrudan eriyik karıştırma ile üretilen numuneye göre %33 daha yüksek gerilme mukavemetine ve %34 daha yüksek elastik modülüne sahip olmuştur. Tezin beşinci bölümü, çok katmanlı kompozitlerin katmanları arasındaki arayüzey yapışmasını, CF'leri bir silan bağlama ajanı, bir kopolimer, PS bazlı kaplamalar ile modifiye ederek ve elektroeğirme ile poliamid 6 nanofiberler oluşturarak geliştirmeyi amaçlamıştır. Tüm modifikasyonlar arasında CF'lere uygulanan tekniklerde, en yüksek sıyrılma mukavemeti, alınan CF'den %21 daha yüksek bir değerde 1962 N/m olarak MSPM modifiye edilmiş CF içeren CFRP'de elde edilmiştir. Tezin son bölümünde, çok katmanlı kompozitler bir, üç ve beş kat CF ile üretilmiştir. Kompozit katmanları arasındaki arayüzey yapışmasının iyileştirilmesi üzerinde yüzey işlemi etkisini gözlemlemek için MSPM ile muamele edilmiş CF'ler (MSPM-CF'ler) ile beş katmanlı bir numune ayrıca hazırlanmıştır. Kompozitler morfoloji, mekanik, elektriksel, termal ve şekil hafıza özellikleriyle karakterize edilmiştir. CF katmanlarının sayısının birden beşe çıkarılması, gerilme mukavemetini, elastik modülü ve elektriksel özdirenci sırasıyla %527, %125 ve %70 artırmıştır. MSPM-CF'ler ile üretilen çok katmanlı kompozitte polimerik malzemenin fiberler boyunca daha homojen emdirilmesi sağlanmıştır. Tüm çok katmanlı kompozitlerin elektrikle tetiklenen şekil geri kazanımı bir dakika içinde %100 olarak elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Carbon Fabric-Reinforced Polymers (CFRPs) attract attention due to their high mechanical properties, electrical conductivity, and providing weight reduction solutions in aerospace, automotive, marine, and energy industries. Since recycling, long processing times, non-visible damages, and complex repair procedures of thermoset-based CFRPs cause problems, studies are performed on the application of thermoplastic-based CFRPs. This study aims to produce polystyrene (PS)-based and carbon nanotubes (CNTs) and carbon fabric (CF)-reinforced multilayer composites and to improve their multifunctional properties by applying modifications to PS, CNTs, and CF. The thesis consists of six parts. In the first part, CNTs were modified with surfactants, silane coupling agents, and a copolymer to disperse them homogeneously in the polymer matrix. The suspension stability of the modified CNTs in PS/toluene solution was investigated. Then, PS-CNTs binary composites were produced at different melt mixing conditions and characterized by optical microscope, electrical resistivity measurements, tensile and impact tests. Poly[styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene] grafted with maleic anhydride (SEBS-g-MA) elastomer was also added to selected binary composites to improve the processability and create a soft segment in the structure. PS-SEBS-gMA-CNTs were characterized in terms of morphology, electrical, mechanical, and shape memory properties. Results revealed that H2SO4-HNO3 solution and (3-Trimethoxysilylpropyl)methacrylate (MSPM) treated CNTs were well dispersed in the polymer matrix and improved the properties of PS in the presence of elastomer. In the second part, PS was synthesized with the bulk polymerization method at 0.01, 0.008, and 0.005 mol/L initiator concentrations. The chemical structure, melt flow index, average molecular weights, and thermal properties were used to compare the properties of synthesized PS with commercial PS. The results showed that PS was successfully synthesized with all initiator concentrations, but the properties were close to that of commercial PS at 0.005 mol/L initiator concentration. In the third part, PS-CNT masterbatches were produced with in-situ polymerization at 0.005 mol/L initiator concentration and then characterized in terms of their chemical structure and thermal properties. PS-CNT masterbatches were successfully synthesized with unmodified CNTs, and MSPM treated CNTs. In the fourth part, to investigate the effect of composite preparation techniques on the mechanical, electrical, and shape memory properties, polymer layers of the multilayer composites were prepared using the methods of direct melt mixing and dilution of PS-CNTs masterbatches. Based on the results, the composite produced with the masterbatch dilution method containing MSPM-CNTs had 33% higher tensile strength and 34% higher tensile modulus than the sample fabricated with the direct melt mixing. The fifth part of the thesis aimed to improve the interfacial adhesion between the layers of the multilayer composites by modifying the CFs with a silane coupling agent, a copolymer, PS-based coatings, and forming nanofibers with the electrospinning of polyamide 6. Among all the modification techniques applied to the CFs, the highest peel strength was obtained in CFRP containing MSPM modified CF as the value of 1962 N/m, which was 21% higher than as-received CF. In the final part of the thesis, multilayer composites were fabricated with one, three, and five CF layers. A five-layered sample was also prepared with MSPM treated CFs (MSPM-CFs) to observe the surface treatment effect on the improvement of interfacial adhesion between the composite layers. The composites were characterized by morphology, mechanical, electrical, thermal, and shape memory properties. Increasing the number of CF layers from one to five, tensile strength, tensile modulus, and electrical resistivity were improved by 527%, 125%, and 70%, respectively. More homogeneous impregnation of polymeric material through the fibers was obtained in the multilayer composite fabricated with MSPM-CFs. Electrically triggered shape recovery of all the multilayer composites was achieved 100% within one minute.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    348680

    Multi scale nature of composite materials: Three case studies

    Kompozit malzemelerin çok boyutlu doğası: Üç örnek durum çalışması

    KAAN BİLGE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Havacılık MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELİH PAPİLA

  2. Tez No

    787918

    Multiphase multiscale particle-nanofiber interactions in composites

    Kompozitlerde çok-fazlı ve çok-boyutlu parçacık nano-elyaf etkileşimi

    FARZIN ASGHARI ARPATAPPEH

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Makine MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ALİ GÜLGÜN

  3. Tez No

    739074

    Electromechanical sensing properties of flexible electronics from functional polymer nanocomposites

    Fonksiyonel polimer kompozitlerden üretilen esnek elektroniklerin elektromekanik algılama özellikleri

    MUKADDES ŞEVVAL ÇETİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova Üniversitesi

    Polimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE AYLİN KARAHAN TOPRAKÇI

  4. Tez No

    510273

    Preparation of cross-linked poly (styrene) based resin amidated by staudinger reaction, modification with iminopropylene glycole and removal of the boron from aqueous solutions

    Staudinger reaksiyonu ile aminlenmiş çapraz bağlı poli (stiren) esaslı reçinenin hazırlanması iminopropilen glikol ile modifikasyonu ve borun sulu çözeltilerden giderilmesinde kullanılması

    ALEYNA BUĞÇE MASACI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL

  5. Tez No

    310633

    Preparation and characterization of polypropylene nanocomposite materials reinforced with cellulose nano whiskers by solvent casting

    Selüloz nano parçacıklarıyla güçlendirilmiş polipropilen nanokompozit malzemelerin solvent casting metodu ile hazırlanması ve analizi

    ELİF RAFİYE BAHAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. H. AYŞEN ÖNEN

    PROF. DR. NURAY UÇAR

Geri Dön