Polimer matrisli kemik tozu takviyeli kompozit malzemelerin üretimi, karakterizasyonu ve tribolojik performansının incelenmesi
Investigation of the production, characterization and tribologic performance of bone powder-reinforced polymer matrix composite materials
- Tez No: 827025
- Danışmanlar: PROF. DR. REFİK POLAT, DOÇ. DR. MUHAMMET HÜSEYİN ÇETİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Bu çalışmada, yüzeyi modifiye edilmiş sığır kemiği tozu takviyeli kompozitlerin üretimi, karakterizasyonu, mekanik ve tribolojik performansı araştırılmıştır. Yüzey modifiyeli kemik tozu takviyesinin polimer malzemenin mukavemetini, aşınma ve ısı direncini arttıracağı hipotezi kurulmuştur. Çalışmanın metodolojisi, üretim, karakterizasyon ve ball-on-disk aşınma deneyleri şeklinde oluşturulmuştur. Üretim aşaması, bileşen seçimi, yüzey modifikasyon işlemleri, tozların karakterizasyonu, karıştırma ve kalıplama adımlarından oluşmaktadır. Matris malzemesi olarak termoplastik bir polimer olan polipropilen seçilmiştir. Kemik tozuna silan ve stearik asit olmak üzere iki yüzey modifikasyon ajanı uygulanmıştır. Kemik tozu, Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDX) analizleri ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon aşamasında mekanik (sertlik ve çekme testi), termal (termogravimetrik analiz, diferansiyel taramalı kalorimetre) ve morfolojik incelemeler gerçekleştirilmiştir. Son aşamada ise full faktöriyel deney tasarımı geliştirilerek kompozitlerin tribolojik performansları incelenmiştir. Giriş parametreleri olarak dört malzeme, 2 seviyeli yük (10 N ve 20 N) ve 2 seviyeli kayma hızı (750 mm/sn ve 1500 mm/sn) belirlenmiştir. Sürtünme katsayısı ve ağırlık kaybı sonuçları varyans analizi, main faktör analizi, regresyon analizi ve etkileşim grafikleri ile istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Aşınma izleri SEM, EDX, 2D ve 3D topografya analizleri ile görselleştirilmiştir. Karakterizasyon ve aşınma testleri sonucunda yüzeyi modifiye edilmiş kemik tozu takviyesinin polimerin mekanik, termal ve aşınma direncini arttırdığı belirlenmiştir. Yüzey modifikasyon yöntemleri arasında silanlama işleminin en iyi sonuçları verdiği görülmüştür. Silanlama işlemi sayesinde takviye ile matris arasındaki uyum artmıştır. Yüzey modifikasyon işlemi sonucunda camsı geçiş sıcaklığı %45,54 oranında, kristalleşme %2,93 oranında, sertlik %2,70 oranında, çekme mukavemeti ise %9,26 oranında artmıştır. Termal bozunma miktarında önemli bir fark meydana gelmemiştir. Main faktör analizine göre yüzey modifikasyon işlemi sonucunda sürtünme katsayısı %16,60 oranında, ağırlık kaybı ise %40,0 oranında azalmıştır. Yapılan morfolojik analizler bu sonuçları destekleyici niteliktedir.
Özet (Çeviri)
This study investigated the production, characterization, mechanical and tribological performance of surface-modified cow bone powder-reinforced composites. It was hypothesized to increase the material's mechanical strength, wear, and heat resistance with surface-modified bone powder reinforcement. The methodology was divided into production, characterization, and ball-on-disc wear experiments. The production stage consisted of component selection, surface modification processes, characterization of powders, mixing, and molding steps. Polypropylene, a thermoplastic polymer, was chosen as the matrix material. Two surface modification agents, silane, and stearic acid were applied to the bone powder. The powders were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) analyses. Mechanical (hardness and tensile test), thermal (thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry analysis), and morphological examinations were performed during the characterization stage. In the last stage, the tribological performance of the composites was investigated by developing a full factorial experimental design. As input parameters, four materials, 2-level load (10 N and 20 N), and 2-level sliding speed (750 mm/s and 1500 mm/s) were determined. The friction coefficient and weight loss results were analyzed statistically by analysis of variance, main factor analysis, regression analysis, and interaction graphs. Wear marks were visualized by SEM, EDX, 2D, and 3D topography analyses. As a result of the characterization and wear tests, it was determined that the surface-modified bone powder reinforcement increased the mechanical, thermal, and wear resistance of the polymer. Among the surface modification methods, it was seen that the silanization process gave the best results. The compatibility between the reinforcement and the matrix has increased thanks to the silanization process. It increased the glass transition temperature by 45.54%, crystallization by 2.93%, hardness by 2.70%, and tensile strength by 9.26% compared to the unmodified bone powder reinforcement. There was no significant improvement in thermal degradation. In addition, it reduced the friction coefficient and weight loss by 16.60% and 40.0%, respectively, according to the main factor analysis. Morphological analyses supported these results.
Benzer Tezler
- Uyumlaştırıcıların kemik tozu ve hidroksiapatit dolgulu polimer matrisli kompozitlerin mekanik, aşınma ve morfolojik özelliklerine etkisi
Effect of compatibilizers on mechanical, wear and morphological properties of bone powder and hydroxyapatite filled polymer matrix composites
ABDULBASET MIFTAH MOHAMED SAGER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaKarabük ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDEF ŞİŞMANOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YURDERİ
- PP/PA6 matrisli kompozitlerin kemik tozu katkısı ile mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of the mechanical properties of PP and PA6 matrix composites with bone powder additive
YUSUF UZUNOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SONER SAVAŞ
- Doku mühendisliği uygulamaları için polimer matrisli kompozit malzeme üretimi
Production of polymer matrix composite material for tissue engineering applications
AYŞE KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
- Ti6al4v alaşımının yüzeyinin uhmwpe-hap kompoziti ile kaplanması ve karakterizasyonu
Coating and characterization of ti6al4v alloy surface by uhmwpe-hap composite
ELİF YENİLMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖZDE FATMA ÇELEBİ EFE
- Ortopedik uygulamalar için polimer matrisli kompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of polymer matrix composistes for orthopedic applications
YASİN AKGÜL
Doktora
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ