Poliamid-6/grafen nano plaka (GnP) kompozit köpüklerin mekanik, termal ve morfolojik özellikleri
Mechanical and thermal, morphological properties of polyamide-6/graphene nanoplatelet (GnP) composite foam
- Tez No: 919734
- Danışmanlar: PROF. DR. MÜNİR TAŞDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Modern toplumun hızla evrimleşmesiyle birlikte, kaynakların aşırı tüketimi ve çevresel kirlilik gibi sorunlar, imalat sanayisinin sürdürülebilir bir şekilde ilerlemesini giderek kısıtlamaktadır. Bu bağlamda, enerji tasarrufu, emisyon azaltımı ve sürdürülebilir kalkınma gibi kavramlar hem çevresel hem de ekonomik hedeflere ulaşmak amacıyla kritik hale gelmiştir. Bu hedeflere yönelik çözümlerden biri, polimer köpük malzemelerin geliştirilmesidir. Polimer köpükler, mekanik özelliklerin iyileştirilmesi ve sürdürülebilirlik açısından sundukları avantajlar nedeniyle yoğun ilgi görmektedir. Bu çalışmada, malzeme ve enerji tasarrufu ile birlikte mekanik özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla poliamid 6/grafen nanoplatelet polimer kompozit köpükler geliştirilmiştir. Araştırmanın birinci aşamasında, poliamid 6 matris malzemesine ağırlıkça %1, %2 ve %3 oranlarında grafen nanoplatelet ilave edilerek, çift vidalı bir ekstrüzyon makinesinde eriyik halinde karıştırılmıştır. Elde edilen karışımlar daha sonra enjeksiyon makinesi ile kalıplanmış ve köpük üretimi için en uygun grafen nanoplatelet oranını belirlemek amacıyla çeşitli mekanik ve fiziksel testlere tabi tutulmuştur. Yapılan testler sonucunda, ağırlıkça %3 grafen nanoplatelet içeren kompozitlerin köpük üretimi için optimum mekanik ve fiziksel değerlere sahip olduğu belirlenmiştir ve çalışmanın ikinci aşamasında, poliamid 6/grafen nanoplatelet polimer kompozitlerin köpürtücü ajan oranı değiştirilerek (%3, %6, %9) enjeksiyon makinesinde köpük üretimi gerçekleştirilmiştir. Grafen naoplateletin köpük oluşumuna etkisini değerlendirmek amacıyla, aynı oranlarda köpürtücü ajan kullanılarak saf poliamid 6 ile polimer köpükler üretilmiştir. Üretilen polimer köpüklerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin değerlendirilmesi için çekme, darbe, sertlik, fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi ve yoğunluk testleri uygulanmış; termal özelliklerinin analizi için ise diferansiyel taramalı kalorimetri, termogravimetrik analiz, ergime akış indeksi ve kızgın tel testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, grafen nanoplatelet partikül boyutları partikül boyut analiz cihazı kullanılarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında elde edilen tüm numunelerin mikroyapı incelenmesi taramalı elektron mikroskobu cihazında gerçekleştirilmiş olup köpük numunelerin gözenek yapısı taramalı elektron mikroskobu görüntüleri üzerinden Image J programı ile detaylı olarak belirlenmiştir. Yapılan incelemelerde, polimer köpüklerde gözeneklerin merkezde yoğunlaştığı sandviç benzeri bir yapı tespit edilmiştir. Saf poliamid 6 köpüklerde açık hücreli yapı, poliamid 6/grafen nanoplatelet köpüklerde ise kapalı hücreli yapı görülmüştür. Polimer köpüklere grafen nanoplatelet ilavesiyle genellikle gözenek boyutları küçülmüştür ve grafen nanoplateletin yüksek yüzey alanı sayesinde gözeneklerin dağılımı, şekli ve boyutundaki olumsuz etkiler dengelenmiştir. Ayrıca grafen nanoplateletin polimer matrisine eklenmesi, genel olarak sertlik, darbe mukavemeti, elastiklik modülü ve termal kararlılığı artırırken, esneklik ve akışkanlık gibi özellikleri azaltmıştır. Öte yandan, kimyasal köpürtücü ajan oranının artışı, polimer yapısında gözenek miktarını artırarak yoğunluk ve elastiklik modülünü azaltmış, ancak genleşme oranı ve akışkanlığı artırmıştır. Bu değişim, grafen nanoplateletin bariyer etkisinin ve kimyasal köpürtücü ajanın matriste meydana getirdiği mikroyapısal değişikliklerin bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır.
Özet (Çeviri)
With the rapid evolution of modern society, issues such as excessive resource consumption and environmental pollution increasingly constrain the sustainable progression of the manufacturing industry. In this context, concepts like energy conservation, emission reduction, and sustainable development have become critical in achieving both environmental and economic goals. One of the solutions to these challenges is the development of polymer foam materials. Polymer foams have garnered significant attention due to their advantages in enhancing mechanical properties and promoting sustainability. In this study, polyamide 6/graphene nanoplatelet polymer composite foams were developed to achieve material and energy savings while improving mechanical properties. In the first phase of the research, graphene nanoplatelet was added to the polyamide 6 matrix material at weight fractions of 1%, 2%, and 3%. The mixtures were compounded in a twin-screw extruder under molten conditions. The resulting blends were molded using an injection molding machine, and various mechanical and physical tests were conducted to identify the optimal graphene nanoplatelet content for foam production. Based on these tests, composites containing 3% graphene nanoplatelet by weight were determined to have the most favorable mechanical and physical properties for foam production. In the study's second phase, foaming was performed using polyamide 6/graphene nanoplatelet composites by varying the chemical blowing agent content to 3%, 6%, and 9%. Polymer foams were also produced using neat polyamide 6 with identical chemical blowing agent concentrations to evaluate the influence of graphene nanoplatelet on foam formation. Tensile, impact, hardness, fourier transformed infrared spectroscopy, and density tests were conducted to assess the mechanical and physical properties of the produced polymer foams. Thermal analyses were performed using differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, melt flow index, and glow-wire tests. Additionally, the particle sizes of graphene nanoplatelet were examined using a particle size analyzer. The microstructural examination of all samples was carried out using scanning electron microscopy, and the pore structures of the foam samples were analyzed in detail using the Image J software based on scanning electron microscopy images. Examinations revealed a sandwich-like structure where pores were concentrated in the central regions of the polymer foams. Open-cell structures were observed in neat polyamide 6 foams, whereas closed-cell structures were predominant in polyamide 6/ graphene nanoplatelet foams. The inclusion of graphene nanoplatelet generally reduced pore sizes in the foams, and its high surface area mitigated the adverse effects on pore distribution, shape, and size. Moreover, adding graphene nanoplatelet to the polymer matrix enhanced hardness, impact strength, modulus of elasticity, and thermal stability while decreasing flexibility and flowability. Conversely, increasing the chemical blowing agent content raised the number of pores in the polymer structure, reducing density and modulus of elasticity but increasing expansion ratios and flowability. These changes were attributed to the barrier effect of graphene nanoplatelet and the microstructural modifications induced by the chemical blowing agent within the matrix.
Benzer Tezler
- Hexagonal boron nitride reinforced thermal conductivity improved composite material design applications in electric vehicles
Hegzagonal bor nitrür takviyeli termal iletkenliği iyileştirilmiş kompozit malzeme tasarımı: Elektrikli araçlarda uygulamaları
EMRULLAH CEBE
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
- An investigation into preparation of ultra low dtex polyamide 66 flocks from electrospun fibers
Elektroeğirme elyaflarından ultra düşük dtex poliamid 66 flokların hazırlanmasına yönelik bir araştırma
CANSEN ŞİRİN ÖZBUDAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HARUN KOKU
PROF. DR. BORA MAVİŞ
- Sbs tekniği ile geliştirilmiş takviyeli nano liflerden üretilen koruyucu tekstiller
Protective textiles made of reinforced nanofibers developed by Sbs technique
NAVRUZ PAKSOY
Doktora
Türkçe
2025
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM GÜNEŞOĞLU
- Grafen tabanlı nanodolgular ile güçlendirilmiş yeni nesil termoplastik kompozitlerin geliştirilmesi
Development of new generation thermoplastic composites reinforced by graphene based nanofillers
ELÇİN ÇAKAL SARAÇ
Doktora
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AYDIN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU SANER OKAN
- Conductive polyamide/carbon black, carbon fiber and carbon nanotubes composites for electrostatic painting
Elektrostatik boyamaya uygun iletken poliamid/ karbon siyahı, karbon lif ve karbon nano tüp kompozitleri
AMIRHOSSENI NASRI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. ESMA SEZER