Geri Dön

Effect of alternative filling materials on tire compounds

Alternatif dolgu maddelerinin lastik karışımları üzerindeki etkisi

PDF İndir

  1. Tez No: 782122
  2. Yazar: NAZLI KEZBAN ÇETİNDAĞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 104

Özet

Aracın en önemli parçalarından biri olan lastik, birçok bileşenden ve birçok hammaddeden oluşan kompozit bir malzemedir. Lastik üretimi, farklı aşamalardan oluşmaktadır. Bu aşamalardan biri, karıştırma ve karışım hazırlamadır. Bu aşamada, istenilen karışım özelliklerini elde etmek için farklı hammaddeler mikser adı verilen ekipmanda homojen bir şekilde karıştırılır. Bu karıştırma işlemi birden fazla adımdan oluşmaktadır. En yaygın hammaddeler, kauçuklar, dolgu malzemeleri, yağlar, antioksidanlar ve pişiricilerdir. Kullanılan hammaddeler dikkate alındığında karışımın en büyük kısmını kauçuklar ve dolgu malzemeleri oluşturmaktadır. Kauçuk bileşeni olarak, doğal kauçuk, stiren butil kauçuğu, bütil kauçuk, kloro-butil kauçuğu gibi farklı özellikte kauçuklar kullanılmaktadır. Bu kauçuklar kimi zaman tek kullanılırken, kimi zaman ise farklı kauçukların karışımları şeklinde kullanılmaktadır. Dolgu malzemeleri ise, karbon karası, silika, kalsiyum karbonat gibi birbirinden çok farklı malzemelerden oluşmaktadır. En yaygın kullanılan dolgu malzemesi karbon karasıdır ve en temel kullanım amacı, karışım hamurunu güçlendirmektir. Aynı zamanda, lastiğin siyah olmasının nedeni, karbon karasının verdiği renkten kaynaklanmaktadır. Bunun dışında, silika gibi dolgu malzemeleri, lastik hamuruna düşük yuvarlanma direnci özelliği vermesi için kullanılırken, lastiğin hammadde maliyetini azaltmak için de kalsiyum karbonat gibi hammaddeler kullanılmaktadır. Bunlar ile birlikte, birçok çalışma lastik hamurunun maliyetini azaltmak için alternatif dolgu malzemelerini araştırmaktadır. Bu çalışmada, lastik hamurunun maliyetini azaltmak için çalışılacak hammaddelerin aynı zamanda döngüsel ekonomiye de katkı sağlaması amaçlanmıştır. Bu nedenle, atık malzeme sınıfına giren odun kömürü tozu ve uçucu kül bu çalışmada incelenen malzemelerdir. Kömür, fosil yakıtlar ile karşılaştırıldığında düşük kükürt ve cıva içeriğine sahiptir. Aynı zamanda, fosil yakıtlara kıyasla daha az azot ve kül içerir. Uçucu kül ise, termik santrallerin bacasından çıkan bir yan üründür ve bu malzeme atık sınıfına girmektedir. Bu nedenle, birçok çalışma bu malzemenin kullanılması için alternatif yollar aramaktadır. Kullanılan odun kömürü, meşe odundan elde edilmiştir. Uçucu kül ise, Çatalağzı termik santralinden temin edilmiştir. Odun kömürü reçetelerde kullanılmadan önce ön işlemden geçirilerek tanecik boyutu küçültülmüştür. Daha sonra, parçacık boyutu analizi, termogravimetrik analiz ve x-ışınları kırılımı analizi uygulanmıştır. Uçucu küle ise, parçacık boyutu ve x-ışınları kırılımı analizleri uygulanmıştır. Parçacık boyutu analizi uygulanırken, odun kömürü ve uçucu kül ile birlikte karbon karasının parçacık boyutu da belirlenmiştir. Odun kömürünün termogravimetrik analiz sonuçları karbon karasıyla karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada, odun kömürü ve uçucu külün 3 farklı reçetede etkisi farklı oranlarda kullanılarak analiz edilmiştir. Kullanılan reçetelerin en temel farkı kullanılan kauçuk cinsidir. Sırasıyla referans reçeteler, doğal kauçuk, stiren butil kauçuğu ve kloro-butil kauçuk içermektedir. Aynı zamanda, bütün denemelerin sonuçlarını referans reçeteyle karşılaştırmak için alternatif dolgu malzemesinin eklenmediği kontrol karışımları da hazırlanmıştır. Doğal kauçuk içeren referans reçete ile 9 farklı deney seti hazırlanmış ve sonuçlar kontrol karışımıyla karşılaştırılmıştır. Bu deney setlerinde odun kömürü ve uçucu kül ayrı ayrı kullanılmıştır. Bununla birlikte, dolgu malzemeleri 1 phr, 2.5 phr, 5 phr ve 10 phr olmak üzere farklı oranlarda kullanılmıştır. Aynı zamanda deney setlerinin birinde ise, 5'er phr olmak üzere, odun kömürü ve uçucu kül aynı anda kullanılmıştır. Stiren butil kauçuğu içeren referans reçete ise, kontrol karışımı, 4 farklı deney seti ile karşılaştırılmıştır. Bu deney setlerinin ikisinde sırasıyla 5 phr ve 10 phr olacak şekilde odun kömürü kullanılırken, diğer ikisinde aynı miktarlarda uçucu kül kullanılmıştır. Kloro-butil içeren referans reçetede de stiren butil kauçuğu kullanılan reçetede olduğu gibi 4 farklı deney seti hazırlanmıştır ve diğer reçetelerde olduğu gibi, bu reçete üzerinde de odun kömürü ve uçucu külün etkisi incelenmiştir. Hazırlanan örneklere, mooney, MDR, çekme-kopma testi ve x-ışınları kırılımı testleri uygulanmıştır. Mooney testi, karışımların pişmemiş özelliklerini gösterirken, diğer testler pişmiş özelliklerini göstermektedir. Mooney testiyle, örneklerin viskoziteleri analiz edilerek proses edilebilirlik etkisi incelenmiştir. Karışımların ideal pişme şartları MDR sonuçlarına bakılarak karar verilmiştir. Çekme-kopma testi ise, dört farklı koşul altında uygulanmıştır. Farklı referans reçeteleri farklı viskozite sonuçları verirken, reçetelere odun kömürü ve uçucu kül eklenmesi viskozite sonucunu önemli ölçüde değiştirmemiştir. Aynı şekilde, farklı referans reçetelerinin pişme eğrileri farklı sonuçları gösterirken, odun kömürü ve uçucu kül eklenmesi karışımların pişme karakteristiğini çok fazla değiştirmemiştir. Bu nedenle, aynı referans reçeteye sahip denemeler çekme-kopma testi için aynı pişme şartlarında hazırlanmıştır. Çekme-kopma testinde %300 uzamadaki modulus değeri ve kopma anındaki çekme direnci ve uzama değeri ölçülmüştür. Modulus değerinde kullanımı etkileyecek sonuçlar elde edilemezken, çekme ve uzama testlerinde elde edilen sonuçlar dolgu malzemelerinin lastik hamurunda kullanımına yönelik umut vermemektedir. Odun kömürü ve uçucu külün etkisi birbiriyle karşılaştırıldığında ise, odun kömürünün uçucu küle göre daha kötü sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Bunun nedeninin, odun kömürünün içerdiği selülozik yapılar ve daha büyük tanecik boyutuna sahip olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Oda sıcaklığında test edilen örneklerin kopma anındaki çekme direnci incelendiğinde, odun kömürü kullanımında en kötü sonucu doğal kauçuklu reçete gösterirken, en iyi sonucu kloro-butil içeren reçete göstermektedir. Uçucu kül kullanımında ise, doğal kauçuk ve kloro-butil içeren reçetelerde belirgin farklılık gözlenmez iken, stiren butil kauçuğu kullanılan reçetelerdeki sonuçlar göreceli daha iyidir. Öte yandan, oda sıcaklığında test edilen örneklerin kopma anındaki uzama değeri incelendiğinde ise, hem odun kömüründe hem de uçucu külde en iyi sonuçlar, stiren butil kauçuğu kullanılan reçetede gözlenirken, en kötü sonuçlar kloro-butil içeren reçetede belirlenmiştir. Referans karışımlar olan kontrol karışımlarının, x-ışını difraksiyonu analizinde ZnS ve ZnO kristalin yapıları içerdiği tespit edilmiştir. SiO2 ve FeS pikleri gösteren kömür bileşiminin aksine, uçucu kül bileşiminde mullit ve gelenit pikleri belirlenmiştir. Bununla birlikte, denemelerin odun kömürü ve uçucu kül katkılı deney setleri incelendiğinde, hem odun kömürü hem de uçucu küldeki kristalin pikleri görülmemiştir. Bunun nedeninin, kontrol karışımlarının içeriğinde ZnS ve ZnO kristalin yapılarının daha fazla olması nedeni ile karışım içinde az miktarda bulunan uçucu kül ve odun kömüründeki kristalin yapıları gölgelemesinden kaynaklandığı düşünülmektedir. SEM sonuçları, uçucu kül parçacıklarının küresel yapıya, odun kömürü parçacıklarının ise, köşeli ve düzensiz yapılara sahip olduğunu göstermiştir. Uçucu kül ve odun kömürünün etkileri, numunelerin yüzeyi incelendiğinde görülmese de kesit çalışmalarında tespit edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, kontrol karışımlarına odun kömürü ve uçucu külün başarılı bir şekilde dahil edildiği görülmüştür. Sonuç olarak, bu çalışmada kullanılan odun kömürünün ve uçucu külün lastik karışımlarında kullanılması için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Tanecik boyutunun azaltılması için daha ileri öğütme sistemleri kullanılabilir. Diğer yandan, bu alternatif malzemeler proses edilebilirlikte herhangi bir problem göstermediği için, uçucu kül ve odun kömürünün yüksek performansa ihtiyaç duyulmayan lastik dışı ürünlerde kullanımı araştırılabilir.

Özet (Çeviri)

The tire, one of the most important parts of the vehicle, is a composite material consisting of many components and many raw materials. Tire production consists of different stages. One of these stages is mixing and compound preparation. At this stage, different raw materials are mixed homogeneously in the equipment called mixer in order to obtain the desired mixing properties. This mixing process consists of multiple steps. The most common raw materials are rubbers, filling materials, oils, antioxidants and curing agents. Considering the raw materials, rubbers and filling materials constitute the largest part of the compound. Looking at the rubber part, rubbers with different properties such as natural rubber, styrene butyl rubber, butyl rubber, chloro-butyl rubber are used. While these rubbers are sometimes used alone, sometimes they are used as combinations of different rubbers. Filling materials consist of very different materials such as carbon black, silica, calcium carbonate. The most widely used filling material is carbon black, and its main purpose is to provide reinforcing to rubber. At the same time, the reason why the tire is black is due to the color given by the carbon black. In addition, filling materials such as silica are used to give the compound low rolling resistance, while raw materials such as calcium carbonate are used to reduce the raw material cost of the tire. Along with these, many studies have been investigating alternative filling materials to reduce the cost of tire compound. In this study, it was aimed to reduce the cost of tire compound. Also, it was paid attention to contribute to the circular economy when choosing those materials. Therefore, charcoal dust and fly ash, which are classified as waste materials, were chosen in this study. Coal has low sulfur and mercury content compared to fossil fuels. It also contains less nitrogen and ash. Fly ash, on the other hand, is a by-product of thermal power plants and this material is classified as waste. Therefore, many studies have been searching for alternative ways to use this material. The charcoal used in this study was obtained from oak wood. Fly ash was taken from Çatalağzı thermal power plant. Before using charcoal in recipes, the particle size was reduced by pre-treatment. Then, particle size analysis, thermogravimetric analysis and x-ray diffraction analysis were applied. Particle size and x-ray diffraction analyzes were applied to the fly ash. While applying the particle size analysis, the particle size of the carbon black together with the charcoal and fly ash was also examined. While applying thermogravimetric analysis to charcoal, the results were compared with carbon black. In this study, the effects of charcoal and fly ash in 3 different recipes were analyzed using different amounts. The most basic difference of the recipes used was the type of the rubber. The reference recipes were chosen as natural rubber, styrene butyl rubber and chloro-butyl rubber. At the same time, control compounds without the addition of alternative filling materials were prepared to compare the results of all experiments with the reference recipe. 9 different experiment versions were prepared with the reference recipe containing natural rubber and the results were compared with the control compound. In these versions, charcoal and fly ash were used separately. However, it was used at different amounts as 1 phr, 2.5 phr, 5 phr and 10 phr. At the same time, in one of the versions, charcoal and fly ash were used in equivalent amounts in the recipe, 5 phr each. Moreover, in the reference recipe containing styrene butyl rubber, the control compound was compared with 4 different trial versions. Two of these versions used charcoal at 5 phr and 10 phr, respectively, while the other two used the same amounts of fly ash. In the reference recipe containing chloro-butyl, as in the recipe using styrene butyl rubber, 4 different experiment versions were prepared and the effect of charcoal and fly ash on this recipe was examined, as in other recipes. Mooney, MDR, stress-strain test and x-ray diffraction tests were applied to the obtained samples. The mooney test shows the uncuring properties of the compounds, while the other tests show the curing properties. Viscosities of the samples were analyzed with the mooney test, and the effect of processability was investigated. The ideal curing conditions of the samples were determined by the MDR results. Stress-strain test was applied under four different conditions. While different reference recipes gave different viscosity results, addition of charcoal and fly ash to the recipes did not significantly change the viscosity results. Likewise, while the curing curves of different reference recipes showed different results, the addition of charcoal and fly ash did not change significantly the curing characteristics of the samples. Therefore, experiments with the same reference recipe were prepared under the same curing conditions for the stress-strain test. In the stress-strain test, the modulus at 300% elongation and the tensile strength and elongation at break were measured. While the results that would affect the use in modulus could not be obtained, the results in tensile and elongation were not promising in use. When the effects of charcoal and fly ash were compared with each other, it was observed that charcoal showed worse results than fly ash. This was thought to be due to the cellulosic structures and larger particle sizes in charcoal. When the tensile strength at break of the samples tested at room temperature was examined, it showed the worst result in the use of charcoal in the recipe with natural rubber, while it showed the best result in the recipe containing chloro-butyl. When looking at the use of fly ash, there was no obvious difference in recipes containing natural rubber and chloro-butyl, while the results in recipes using styrene butyl rubber were relatively better. On the other hand, when the elongation at break of the samples tested at room temperature was examined, the best results were observed in both charcoal and fly ash in the recipe using styrene butyl rubber, while the worst results were seen in the recipe containing chloro-butyl. The control compounds that serve as the reference compounds, had the greatest ZnS and ZnO peaks in x-ray diffiraction. In contrast to the charcoal's composition, which showed SiO2 and FeS peaks, the fly ash's composition showed mullite and gehlenite. The compositions in both charcoal and fly ash were not observed, though, when the versions of the experiments with these additions were evaluated. This may be due to the control compounds had much more ZnS and ZnO content which shaded the crystalline structures of the fly ash and charcoal since their amounts were so low. The fly ash particles were spherical, according to the SEM study, whereas the charcoal particles were angular and irregularly formed. Although these effects were not visible when looking at the samples from the surface, they were visible when looking at the samples from the cross-sectional region. SEM observations showed that the addition of both charcoal and the fly ash to recipes were successful. As a result, more studies are needed to use the charcoal and fly ash used in this study as tire compounds. Further grinding systems can be used to reduce the particle size. But then, since these alternative materials do not show any problem in processability, their use in non-tire products that do not require high performance can be investigated.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    310675

    Cam köpüğü-çimento-kum karışımının hafif dolgu malzemesi olarak geoteknik özellikleri

    Geotechnical properties of glass foam-cement-sand mixtures as a lightweight fill material

    ERMAN YİĞİT TUNCEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. BERRAK TEYMÜR

  2. Tez No

    39607

    Traktör güvenlik kabinlerinin konstrüksiyonu ve kontrolü için bir analiz modeli

    An Analysis model for the design and control of tractor protective cabs

    ÜMİT KOCABIÇAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1994

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. TEOMAN KURTAY

  3. Tez No

    169519

    İzmir-Çiğli atıksu arıtma tesisinden çıkan arıtma çamurunun aerobik stabilizasyon yöntemiyle kompostlaştırılmasında farklı dolgu materyallerinin incelenmesi

    Investigations of different bulking agents for aerobic stabilization process of İzmir-Çiğli wastewater treatment plant sludge

    NİYAZİ SEYMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    BiyomühendislikEge Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. RENGİN ELTEM

  4. Tez No

    216261

    NR/SBR tipi elastomer esaslı ayakkabı taban malzemelerinin mekaniksel özelliklerine bazı dolgu maddelerinin etkilerinin incelenmesi

    Investigation of the effect of some additives on the mechanical properties of NR/SBR elastomer based sole materials

    NURETTİN AKÇAKALE

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    KimyaSakarya Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. İBRAHİM ÖZSERT

    YRD. DOÇ. DR. AHMET DEMİRER

  5. Tez No

    198782

    Gaz yakıtlı ocaklarda katı yüzeyin emisyona ve verime etkisi

    Solid surface effect on efficiency and emission in gas fired furnaces

    ÖZER AYDIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    EnerjiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. ERHAN BÖKE

Geri Dön