The environmental stress cracking behaviour of glass fiber reinforced polycarbonates
Cam fiber katkılı polikarbonat malzemelerin çevresel gerilme çatlaması davranışı
- Tez No: 895315
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HACI ABDULLAH TAŞDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 75
Özet
Polikarbonat malzemeler, modern endüstrinin vazgeçilmez yapı taşları arasında yer almaktadır. Özellikle mühendislik ve üretim alanlarında geniş bir yelpazede kullanılması, bu malzemelerin sunduğu eşsiz özellikler ve sağladığı avantajlarla doğrudan ilişkilidir. Polikarbonatlar, yüksek darbe dayanımı, optik berraklık, iyi elektrik yalıtımı, kimyasal direnci ve termal dayanıklılığı ile öne çıkmaktadır. Bu özellikler, polikarbonatları çeşitli sektörlerde vazgeçilmez kılmakta, özellikle savunma sanayinde stratejik bir rol üstlenmelerine yol açmaktadır. Polikarbonatların kullanım alanları, otomotivden elektroniğe, inşaat sektöründen tıbbi cihazlara kadar geniş bir yelpazeye yayılmaktadır. Bu malzemeler, yüksek mukavemet-ağırlık oranları sayesinde otomotiv sektöründe hafif ama dayanıklı bileşenlerin üretiminde kullanılmaktadır. Ayrıca, optik berraklıkları ve UV direnci, onları cam yerine geçebilecek alternatif malzemeler haline getirmiştir. Gözlük lensleri, koruyucu vizörler, otomobil farları ve pencere panelleri, polikarbonatların günlük hayatta karşımıza çıktığı örneklerden sadece birkaçıdır. Elektrik-elektronik sektörlerinde, polikarbonatların yüksek elektriksel yalıtım özellikleri büyük bir avantaj sağlar. Bu malzemeler, yüksek ısıya ve elektriğe karşı dayanıklıdır, bu da onları elektrik muhafazaları, devre kartları ve aydınlatma armatürleri gibi uygulamalar için ideal hale getirir. Polikarbonatlar, düşük alev alma eğilimleri sayesinde güvenlik açısından da tercih edilmektedir. Savunma sanayi ise polikarbonatların en kritik kullanım alanlarından biridir. Yüksek darbe dayanımı ve balistik koruma özellikleri, bu malzemelerin zırhlı araçlar, askeri kasklar, balistik camlar ve patlamaya dayanıklı muhafazalar gibi güvenlik ekipmanlarında kullanılmasına olanak tanır. Polikarbonatların şeffaflığı ve mukavemeti, uçak ve helikopter pencerelerinde de tercih edilmelerine neden olur. Savunma sanayinde polikarbonatların kullanımı, bu sektörün talep ettiği yüksek performans standartlarına uyum sağlayarak, kritik askeri operasyonlarda hayati rol oynar. Polikarbonatların geniş kullanım alanları ve yüksek performans özellikleri, onların çevresel faktörler karşısında da dayanıklı olmalarını gerektirir. Ancak, polikarbonatlar, özellikle kimyasal maddelerle temas ettiklerinde bulundukları çevresel koşullardan oluşturduğu stres nedeniyle Çevresel Gerilme Çatlaması adı verilen olaya maruz kalabilr. Çevresel Gerilme Çatlaması (ÇGÇ), polikarbonat gibi amorf polimerlerin çevresel stresler altında kimyasal maddelerle etkileşime girmesi sonucu oluşan, malzemenin kırılganlaşmasına ve çatlamasına neden olan bir durumdur. Bu çatlaklar, malzemenin yapısal bütünlüğünü tehlikeye atarak, performansını olumsuz etkiler. ÇGÇ, polikarbonat malzemelerin çevresel dayanıklılığını sınırlayan en önemli faktörlerden biridir. Polikarbonatlar, özellikle belirli kimyasal ajanlar, solventler, yağlar ve deterjanlarla temas ettiğinde ÇGÇ riski taşır. Bu durum, malzemenin iç yapısında gerilim birikmesine ve mikro çatlakların oluşmasına yol açar. Mikro çatlaklar zamanla büyüyerek, malzemenin mekanik mukavemetini düşürür ve ani kırılmalara neden olabilir. Bu tür çatlamalar, özellikle savunma sanayi gibi kritik uygulamalarda ciddi riskler yaratır. Bu nedenle, polikarbonatların çevresel gerilme çatlamasına karşı dirençlerini artırmak büyük bir önem taşır. Polikarbonat malzemelerin ÇGÇ'ye karşı dirençlerini artırmak amacıyla çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden biri, polikarbonat matrisine cam elyafı gibi takviye malzemeleri eklemektir. Cam elyafı, polimer matrislerinde sıkça kullanılan bir takviye malzemesidir ve malzemenin mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirir. Cam elyafının polikarbonata eklenmesi, malzemenin esnekliğini ve gerilme dayanımını artırır. Böylece, polikarbonat malzeme, çevresel streslere ve kimyasal etkilere karşı daha dirençli hale gelir. Bu çalışmada, polikarbonat malzemelere farklı oranlarda (%0, %10, %20, %30) cam elyafı eklenerek, bu takviyenin ÇGÇ'ye karşı direnç üzerindeki etkisi incelenmiştir. Cam elyafı ile takviye edilen polikarbonat numuneler, belirli sabit gerinim oranlarına (%0, %0,5, %1,0, %1,5) bir hafta boyunca maruz bırakılarak test edilmiştir. Bu testlerde, kimyasal ajan olarak korozyon önleyici yağ kullanılmıştır. Korozyon önleyici yağ, siyah oksit kaplama işlemleri sırasında korozyona karşı koruma sağlamak amacıyla yaygın olarak kullanılmakta ve polikarbonatın çevresel gerilme çatlamasına karşı direncini sınamak için ideal bir ajandır. Çalışmanın ilk aşamasında, plastik enjeksiyon yöntemiyle dört farklı polikarbonat numunesi üretilmiştir. Bu numuneler, sabit gerinimlere maruz bırakılarak, çevresel stres çatlamasına karşı davranışları incelenmiştir. İlk testlerde, çıplak gözle yapılan gözlemler ve optik mikroskop analizleri, numunelerin yüzeyinde oluşan çatlakları ve yapısal bozulmaları incelemek için kullanılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, bir haftalık test süresinin ardından çekme test cihazı kullanılarak numunelerin mekanik özellikleri değerlendirilmiştir. Bu cihaz, numunelerin çekme mukavemetini, esneme kabiliyetini ve kırılma noktalarını ölçmek amacıyla kullanılmıştır. Çekme testleri, cam elyafı katkısının polikarbonat malzemenin gerilme dayanımını nasıl etkilediğini ortaya koymuştur. Ayrıca, Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak, test edilen numuneler ve kimyasal ajanlar arasında olası kimyasal reaksiyonlar incelenmiştir. FTIR analizi, polikarbonat-cam elyafı-kimyasal ajan etkileşimlerini anlamak ve polikarbonatların moleküler yapısındaki değişiklikleri tespit etmek için kritik bir öneme sahiptir. Çalışmanın sonuçları, korozyon önleyici yağın polikarbonatlar üzerinde agresif bir kimyasal ajan olduğunu ve çevresel stres çatlaması direncini olumsuz etkilediğini ortaya koymuştur. Bu etkinin, sabit gerinim oranı arttıkça daha belirgin hale geldiği tespit edilmiştir. Özellikle yüksek gerinim oranlarına maruz bırakılan numunelerde, çatlama ve kırılmalar daha hızlı ve şiddetli şekilde gerçekleşmiştir. Bununla birlikte, polikarbonatlara cam elyafı eklenmesinin çevresel gerilme çatlaması direncini artırdığı gözlemlenmiştir. Cam elyafı, polikarbonat malzemenin mekanik dayanımını artırarak, çevresel streslerin malzeme üzerinde yarattığı olumsuz etkileri azaltmıştır. Cam elyafı oranının artmasıyla birlikte, polikarbonatların kimyasal ajanlara karşı daha dirençli hale geldiği ve çevresel stres çatlamasına karşı daha uzun süre dayanabildikleri belirlenmiştir. Bu bulgular, cam elyafı ile takviye edilmiş polikarbonatların, özellikle savunma sanayi gibi kritik alanlarda daha güvenli ve dayanıklı malzemeler olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, polikarbonat malzemelerin çevresel stres çatlamasına karşı dirençlerinin artırılması, bu malzemelerin daha geniş bir kullanım alanına sahip olmasını sağlayabilir. Polikarbonatlara cam elyafı eklenmesi, bu malzemelerin çevresel koşullara karşı direncini artırarak, ürün ömrünü uzatmakta ve özellikle savunma sanayi gibi hassas alanlarda kullanılabilirliklerini artırmaktadır. Bu tür çalışmalar, polikarbonat malzemelerin endüstriyel uygulamalarını genişletmek ve malzemelerin daha güvenli ve uzun ömürlü olmasını sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Polycarbonate (PC) materials, which are widely used today, are also highly preferred in the defense industry due to the fact that such as being lightweight, good electrical insulator, durable compared to their weight and economical. For this reason, numerous studies are being carried out to increase the resistance of polycarbonate materials against environmental conditions and extend the life time of the product. Environmental Stress Cracking (ESC) phenomenon which occurs because of penetration of chemical agent in the presence of stress, is one of the biggest reasons of polymer products failure. In this study, glass fiber addition to polycarbonate materials have been investigated in terms of Environmental Stress Cracking factor. Three different polycarbonates which have 10%, 20% and 30% glass content, respectively and unfilled PC specimens have been used as test specimens and anti-corrosion oil has been chosen as chemical agent. Anti-corrosion oil is used to increase the resistance to corrosion occurring during the black oxide coating process which is commonly taken place in our projects. First step of the study, four types of polycarbonates have been manufactured by injection molding process then specimens have been subjected to constant strain of 0.5%, 1.0%, 1.5% respectively and one group with no strain for one week. After that same procedure has been conducted for the specimens which anti-corrosion oil is applied on. All specimens are observed by naked eye and optic microscope respectively. Second step of the study, after one week of test time, tensile testing machine is used to obtain numerical data and specimens are compared according to stress at break and elongation at break values for parameters of glass addition ratio, strain ratio and chemical agent effect. In addition, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) is used to be sure if any chemical reaction is occurred. Results of the study show that anti-corrosion oil is an aggressive chemical agent for polycarbonates in terms of environmental stress cracking resistance and the effect of chemical agent is increase as the constant strain ratio increases. It has also been observed that glass addition to polycarbonates increases the resistance of polycarbonates to environmental stress cracking, moreover, as the ratio of glass content increases the effect of chemical agent that causes degradation of polycarbonates decreases.
Benzer Tezler
- Yüzey çatlaklı cam takviyeli plastiklerde gerilmeli korozyon
Stress corrosion of glass reinforced plastic with surface crack
AHMET AKDEMİR
- Plastik ürün tasarım ilkeleri
Principles of plastic product design
M.ALPER ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA AKKURT
- Malzeme özelliklerinin yapı hasarlarındaki rolü ve dış duvarda ısı-su etkisinde davranışı
The role of the material properties in the building behaviour of meterials with the effect of heat-water at the external wall
NAZLI TEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGE IŞIK
- Modification of polysulfones by ring opening polymerization processes
Halka açılması polimerizasyonu prosesiyle polisülfonlar?ın modifikasyonu
ŞAHİN ATEŞ
- Boyalara ve kaplamalara nano metal oksit katkısının fiziksel, antikorozif ve antibakteriyel etkilerinin incelenmesi
Determination of physical, antiorrosive and antibacterial effects of nano metal oxide additives to paints and coatings
EZGİ KIZILKONCA DURAN
