Geri Dön

Poliüretan köpük/spacer kumaş kompozitlerinin tasarımı ve karakterizasyonu

Design and characterization of polyurethane foam/spacer fabric composites

PDF İndir

  1. Tez No: 904000
  2. Yazar: MHD MANSOUR NAKAWA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ALİ DEMİR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 97

Özet

Son yıllarda, poliüretan köpük endüstrisi hafiflik, düşük fiyat ve iyi elastikiyet gibi benzersiz özellikleri nedeniyle yükseliştedir. Bu nedenle, ısı yalıtımı, otomotiv endüstrisi, ayakkabı uygulamaları ve daha fazlası gibi birçok endüstri ve uygulamada yer almıştır, ancak poliüretan köpükler hala zayıf hasar direnci, yetersiz elastikiyet, düşük hava geçirgenliği ve diğer dezavantajlar gibi bazı eksikliklerden muzdariptir. Öte yandan, iki paralel polimer katmanından yapılmış ve bu katmanlar birbirine bağlanan polimerik ipliklerle birbirine bağlanan 3 boyutlu yapılar olarak tanımlayabileceğimiz spacer kumaşlarımız var, bu kumaşlar yüksek hava geçirgenliğine sahiptir ve bu da onu nemsiz ortam gerektiren uygulamalar için mükemmel hale getirir. Bu kumaşların mekanik performansı, birbirine bağlanan iplik yoğunluğunu değiştirerek kontrol edilebilir, ancak iplik yoğunluğunu artırmak maliyet açısından verimsiz ve zorlayıcı olabilir, bunun sonucunda mühendislik sorunlarına yenilikçi çözümler elde etmek için yeni tip kompozitlerin geliştirilmesine artan bir ilgi olmuştur. Bu alanda daha önce birçok çalışma yürütülmüştür, bu çalışmalar esas olarak kumaşların tamamen köpüğe daldırıldığı poliüretan köpük/spacer kumaş kompozitleri tasarlamaya odaklanmıştır, bu çalışmalar daha iyi performanslı kompozitler elde etmede başarılı olmuştur ancak kumaşların yüksek hava geçirgenliğini korumada başarısız olmuşlardır. Bu tezde, farklı yöntemlerle esnek poliüretan köpük/spacer kumaş kompozitleri tasarladık. Kompozit yapıların mekanik özelliklerini nasıl etkileyeceklerini araştırmak için farklı iplik doğrusal yoğunluklarına ve kumaş kalınlıklarına sahip spacer kumaşlar kullanıldı. 3 farklı tipte köpük/ spacer kumaş kompoziti kullandık. Poliüretan köpüğün hazırlanmasında kullanılan kimyasallar toulendiizosiyanat (TDI) ve yüksek ve düşük molekül ağırlıklı poliollerin (400 ve 4000 Mwt) bir karışımıydı, köpük 45°C derece sıcaklıkta kapalı kalıp yöntemi kullanılarak hazırlandı. Köpük sadece iki kap kullanılarak hazırlandı, birincisi izosiyanat (TDI) hariç tüm kimyasalların bir karışımını içeriyordu, ikinci kaba 10:90 oranında poliol 400 ve 4000 karışımı ekledik, ayrıca üfleme maddesi olarak su, hem üfleme hem de jelleştirme işlemleri için amin katalizörleri, çapraz bağlamayı iyileştirmek için gliserin ve son olarak çapraz bağlama maddesi olarak etilen glikol ekledik. Karışım 1000 RPM mekanik karıştırma cihazı kullanılarak kuvvetlice karıştırıldı ve karışıma TDI eklendi ve ısıtılmış kalıba dökülmeden önce 10 saniye karıştırıldı, eklemeden sonra kalıp kapatıldı ve poliüretan köpüğü elde etmek için 1 saat bekletildi. Daldırılmış kompozitlerde (IM), 100x100x10 mm boyutlarında kare şeklinde bir spacer kumaş parçası kesilerek polimerik çözelti eklenmeden önce kalıbın içine yerleştirilir ve sandviç kompozit (SAN) için poliüretan köpükler hazırlanır ve daha sonra 2 köpük tabakası arasına bir kumaş tabakası yerleştirilir ve son olarak emdirilmiş kompozitlerde (IMP) poliüretan köpük, spacer kumaşa polimerizasyon aşamasındayken eklenir, bu, karışıma izosiyanatların eklenmesi ve ardından polimerik çözeltinin hemen kumaşların üzerine dökülmesiyle yapılır, daldırılmış tipten farklı olarak, polimerik çözelti, katılaşmadan önce kumaştan sıkılır. Poliüretan köpüğü optimize etmek için, en iyisine ulaşmak için birçok farklı formülü denemeliyiz, bu, poliol oranlarını değiştirmek, daha yüksek hidroksi değeri içeren düşük moleküler ağırlıklı poliol oranını artırmak, köpükteki hidroksil gruplarının miktarını artıracak ve dolayısıyla polimerik zincir arasındaki hidrojen bağını artıracak ve daha sert bir polimerle sonuçlanacaktır, diğer yandan düşük hidroksi değeri içeren yüksek moleküler ağırlık oranını artırmak, polimerdeki hidroksil grubu miktarını düşürecek ve dolayısıyla daha az sert polimer verecektir. Ayrıca, işlemde kullanılan amin katalizörlerinin miktarını değiştirerek köpüğün özelliklerini değiştirebiliriz, jelleşme katalizörünü artırmak, polimerizasyon reaksiyonunu teşvik edecek ve dolayısıyla polimerik çözeltide kabarcık oluşumu için daha az zaman verecek ve dolayısıyla daha küçük boyutlu köpüklerle sonuçlanacaktır, bu da köpüğü daha yoğun ve daha iyi mekanik performansa sahip hale getirecektir. Denemeler formülasyon sürecinde karşılaştığımız sorunları çözmeye odaklandı, yüksek ve düşük şişirme sorunları yanlış miktarda su veya şişirme maddesi veya TDI'dan kaynaklanıyordu, bu sorun bu kimyasalların uygun miktarlarda eklenmesiyle çözüldü, yapışkan doku sorunu köpüğün dokunulduğunda yapışkan olmasıyla sonuçlandı, bu sorun karışıma eklenen yetersiz miktarda izosiyanattan kaynaklanıyordu, hızlı reaksiyon sorunu yüksek miktarda TDI veya jelleştirici katalizörler eklenmesinden kaynaklanıyordu ve son olarak yetersiz miktarda yüzey aktif maddeden kaynaklanan sarı renk sorunu. Tasarlanan üç tip kompozit, Daldırılmış (IM), sandviç (SAN) ve emdirilmiş (IMP) kompozitlerdi, ilk tip kompozit (IM), kumaşların tamamen polimerik çözeltiye daldırılması ve ardından polimerize olmaya bırakılmasıyla tasarlandı, bu tip en iyi mekanik performansa sahipti ancak kumaşların daldırılması kumaştaki delikleri kapattı ve havanın geçmesini engelledi, bu da hava geçirgenliğini azalttı. İkinci tip kompozit (SAN), iki özdeş poliüretan köpük tabakasının arasına bir kumaş tabakası yerleştirilerek tasarlandı, üç tabaka aynı boyutlara ve kalınlığa sahipti. Üçüncü tip kompozitler (IMP) bu alanda bir yenilik olarak kabul edilir ve kumaşların yüzeyine poliüretan köpük biriktirilerek tasarlanmıştır, bu şekilde yüksek hava geçirgenliğini koruyabilir ve kumaşların mekanik performansını iyileştirebiliriz, ancak bu kompozitler daldırılmış tip kompozitlerden daha düşük performans gösterdi. Bu üç tipe sıkıştırma testi uyguladık ve sonuçları karşılaştırdık. Ayrıca köpüğe spacer kumaş eklemenin etkisini araştırmak için daldırılmış kompozitleri hava geçirgenliği açısından test ettik. Ayrıca bu kompozitlerdeki spacer kumaşların yoğunluklarını ve ağırlık yüzdelerini hesapladık. Tip 1 spacer kumaş için sıkıştırma testi sonuçları sırasıyla kompozitler IM1, SAN1 ve IMP1 için %83, %99 ve %91 idi ve Tip 2 spacer kumaş için sırasıyla kompozitler IM2, SAN2 ve IMP2 için %66, %74 ve %75 idi. Hava geçirgenlik test sonuçları IM1, IM2, IM3 ve IM4 kompozitleri için sırasıyla 3,33, 20,6, 33,6 ve 52 (l/m2/s) ortalama değerleri göstermektedir. Diğer kompozit tipleri için sonuç elde edilememiştir. Bu kompozitlerden yoğunluk ölçümleri de elde edilmiştir. Bunlar SAN1, SAN2, SAN3 ve SAN4 kompozitleri için sırasıyla 124,2, 124,7, 127,1 ve 158,5 (kg/m3); IM1, IM2, IM3 ve IM4 kompozitleri için sırasıyla 240, 240, 290 ve 260 (kg/m3); ve IMP1, IMP2, IMP3 ve IMP4 kompozitleri için sırasıyla 155, 182, 162 ve 163'tür. Bu sonuçlar emdirilmiş kompozitlerin sandviç tipinden daha iyi, daldırılmış tipten ise daha kötü performans gösterdiğini göstermektedir. Ancak, emdirilmiş tip kompozitler, delikler daldırılmış kompozitler gibi köpükle daldırılmadığından hala yüksek hava geçirgenliğine sahiptir ve bu da onu yüksek nefes alabilirlik gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir. 3 ve 4 tipi spacer kumaşlar için emdirilmiş kompozitler, birbirine bağlanan ipliğin yüksek yoğunluğu ve PU karışımının yüksek viskozitesi nedeniyle hazırlanamadı; bu, gelecekte bir araştırma alanı olabilir. Gelecekteki çalışmalar için bir öneri, her iki malzemeyle de uyumlu bir kimyasal veya malzeme bularak PU köpük ve spacer kumaşlar arasındaki arayüzü güçlendirmenin yollarını bulmaktır; ayrıca bu kompozitler hakkında daha fazla bilgi edinmek için daha fazla test yapılabilir.

Özet (Çeviri)

In recent years, the industry of polyurethane foam has risen due to its unique properties such as light weight, cheap price and good elasticity. For this reason, it has been included in many industries and applications such as thermal insulation, automotive industry, shoe applications and many more. As a result of this, there has been a growing interest in developing the foam to achieve innovative solutions for engineering problems. One of these solutions is combining the foams with spacer fabrics as composites by different methods. In this thesis, we have designed flexible polyurethane foam/spacer fabric composites with different polyurethane foams containing different formulations and methods, spacer fabrics with different yarn linear densities and thickness were used to investigate how this will affect the mechanical properties of the composite structures. We used three different types of composites of foam/spacer fabrics, immersed (IM), sandwich (SAN) and impregnated (IMP). We applied compression test to these three types and compared the results. We also tested the immersed composites for air permeability to investigate the effect of adding spacer fabrics to the foam. We also calculated densities and weight percent of spacer fabrics in these composites. The compression test results for type 1 spacer fabric were 83%, 99% and 91% for composites IM1, SAN1 and IMP1 respectively, and for type 2 spacer fabric it showed results of 66%, 74% and 75% for composites IM2, SAN2 and IMP2 respectively. The air permeability test results show average values of 3.33, 20.6, 33.6 and 52 (l/m2/s) for composites IM1, IM2, IM3 and IM4 respectively. No results for other types of composites could be obtained. Also, density measurements were obtained from these composites which was 124.2, 124.7, 127.1, and 158.5 (kg/m3) for composites SAN1, SAN2, SAN3 and SAN4 respectively, 240, 240, 290 and 260 (kg/m3) for composites IM1, IM2, IM3 and IM4 respectively, 155, 182, 162, and 163 for composites IMP1, IMP2, IMP3, and IMP4 respectively.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    183678

    The use of open cell polyurethane foams in air-type solar collectors as the heat absorbing element

    Açık hücreli poliüretan köpüklerin havalı güneş kollektörlerinde ısı emici eleman olarak kullanımı

    CAN DEĞİRMENCİOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ZAFER İLKEN

    DOÇ. DR. BÜLENT YARDIMOĞLU

  2. Tez No

    496359

    Polimer emdirme yöntemi ile titanyum esaslı açık hücreli köpük üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of open cell titanium based foams by polymer replication method

    GÖKÇE ÇALIŞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ

  3. Tez No

    837587

    Rigid polyurethane foams with improved reaction to fire and low emission properties

    Geliştirilmiş yangın dayanım performanslı ve düşük emisyonlu rijit poliüretan köpükler

    BERRİN DEĞİRMENCİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NESRİN KÖKEN

    PROF. DR. ELİSABETTA SALATELLI

  4. Tez No

    744803

    Küresel takviye elemanı içeren kompozit yapılarda basma davranışının incelenmesi

    Investigation of compression behavior in composite structures containing spherical reinforcement

    FERHAT AKPINAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ

  5. Tez No

    392609

    Yalıtım malzemesi enjeksiyon süreci optimize edilmiş yeni bir buzdolabı kabini tasarımı

    Designing a new refrigerator cabinet based on optimization of the insulation material injection

    FIRAT AKAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLYAS BEDİİ ÖZDEMİR

Geri Dön