Hibrit nanokil ve karbon siyahı katkısının halojensiz ve alev geciktirici (HFFR) kabloların termal ve mekanik özelliklerine etkisi
Effect of hybrid nanoclay and carbon black additives on thermal and mechanicalproperties of halogen-free and flame retardant (HFFR) cables
- Tez No: 956081
- Danışmanlar: PROF. DR. ENGİN BURGAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Düşük mukavemetli polietilen (LDPE), özellikle devam eden, işlenebilirliği ve düşük maliyetli olması nedeniyle geniş kullanım alanına sahip bir polimerdir. Elektrik kablolarının izolasyonu, ambalaj malzemeleri ve boru sistemleri gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. LDPE'nin polimerik yapısı, çeşitli katkı oranlarının homojen bir şekilde dağıtılmasına imkan tanımaktadır, termal ve mekanik değişimlerin optimize edilmesini sağlamaktadır. Bu özellikleri LDPE'nin halojensiz alev geciktirici kompound üretimi için baz polimer olarak seçilmesinin ana sebepleridir. Nano boyutlardaki kalsiyum karbonat (CaCO₃) ve bentonit tozu, kompozit bileşenlerin özellikleri amacıyla yaygın olarak kullanılan katkı maddeleridir. Nano boyutta bulunan tozlar, daha büyük yüzey alanlarına sahip olduklarından, polimer matris içinde daha etkin bir şekilde dağılabilir ve daha güçlü bağlanma birimi geliştirilebilir. Bu bağlamda, kalsiyum karbonat, kompozitin mekanik bozulmalarını arttırırken aynı zamanda malzeme performansını düşürme potansiyeline sahiptir. Nano boyuttaki kalsiyum karbonatın eklenmesi, ürün yüzeyinin düzgünlüğünün arttırılması ve işlenebilirlik açısından avantaj sağlamaktadır. Bentonit tozu ise katyon değişim kapasitesi ve şişme özellikleri ile bilinen bir kil mineralidir. Polimerik matris içerisinde homojen bir şekilde dağılmış bentonit, kompozitin ısıl kararlılığını arttırmakta ve aynı zamanda mekanik özelliği iyileşmektedir. Bentonitin polimer matrisi içinde kullanımı, özellikle malların gaz bariyer özelliklerini ve termal dayanımını artıracaktır. Ayrıca bentonit nano yapıda olduğunda, polimer zincirleri ile güçlü bağlar kurarak, kompozitin viskoelastik özelliklerini olumlu yönde etkileyecektir. Nano boyutlu katkı oranlarının LDPE matrisinin homojen bir şekilde dağıtılabilmesi için uyumlaştırıcıların kullanılması önemlidir. Uyumlaştırıcılar, polimer ile inorganik dolgu maddeleri arasında koruyucu özelliğe göre, iki fazın uyumlu hale getirilmesini sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında kullanılan uyumlaştırıcılar, nano boyuttaki kalsiyum karbonat ve bentonit tozlarının, polimer matris içerisinde daha etkin bir şekilde dağılımı sağlamak amacı ile kullanılacaktır. Uyumlaştırıcılar ayrıca, polimer matris ile dolgu elemanı arasındaki ara yüzey ilişkisini ve malzemenin mekanik bozulmalarını doğrudan etkilemektedir. Kayganlaştırıcılar ise malzemenin işlenebilirliğini artırarak, üretim serilerinde daha düşük enerji tüketimi ve daha yüksek üretim hızları sağlamaktadır. Polimer kompozitlerin üretim işlemleri sırasında, kayganlaştırıcıların varlığı, ekipman üzerinde aşınmayı azaltmakta ve üretim hızı artmaktadır. Bu katkı maddeleri, ayrıca polimer malzemenin sıcaklığının arttırılması, nihai ürünün daha düzgün ve parlak bir görünüm kazanmasını sağlayacaktır. Karbon siyahı ise, polimer malzemelerde yaygın olarak kullanılan bir dolgu maddesidir ve özellikle elektriksel iletkenlik, UV dayanımı ve mekanik dayanıklılık gibi özelliklerini iyileştirmektedir. Bu tez kapsamında karbon siyahının LDPE matrisine eklenmesi, geliştirilecek polimerik kompozitte UV ışınlarına karşı dayanımı artırarak uzun ömürlü dış ortam koşullarına maruz kalma kalan uygulamalarda malzeme ömrünü uzatmayı sağlayacaktır. Ayrıca karbon siyahı malzemeye göre istenilen renkte homojen bir görünüm sağlar ve genellikle estetik optik ve estetik özellikleri artırmak amacıyla kullanılır. Yangına dayanıklı malzemelerin karbon siyahının payı, malzemenin alev altında stabilitesini artırma, yanma geciktirici özelliklerin daha da güçlendirilmesini sağlamaktır. Bu tez çalışması, düşük sıcaklıktaki polietilen (LDPE) matrisin nano boyuttaki kalsiyum karbonat, bentonit tozu ve karbon siyahı katkılı, halojensiz alev geciktirici (HFFR) bileşimlerin geliştirilmesini sunmaktadır. Bu katkı maddeleri, hem polimerin mekanik hem de termal özellikleri iyileştirecek hem çevre dostu, hem de dayanıklı malzeme üretimine katkı sağlayacaktır. Çalışmanın sonucunda elde edilecek kompozit malzemeler, geniş bir uygulama yelpazesine sahip ve özellikle pahalı HFFR kompoundlara muadil olarak gelişmiş çözümler sunacaktır.
Özet (Çeviri)
Low-density polyethylene (LDPE) is a polymer widely used due to its continuous processability and low cost. It finds application in areas such as electrical cable insulation, packaging materials, and piping systems. The polymeric structure of LDPE allows for the homogeneous distribution of various additive ratios, facilitating the optimization of thermal and mechanical modifications. These characteristics are the main reasons why LDPE is chosen as the base polymer for producing halogen-free flame retardant compounds. Nanoscale calcium carbonate (CaCO₃) and bentonite powder are commonly used additives to enhance composite properties. Nanoscale powders, with their larger surface areas, can disperse more effectively within the polymer matrix and develop stronger bonding units. In this context, calcium carbonate can increase the mechanical degradation of the composite while potentially reducing material performance. The addition of nanoscale calcium carbonate improves surface smoothness and enhances processability. Bentonite powder, known for its cation exchange capacity and swelling properties, is a clay mineral. When homogeneously dispersed within the polymer matrix, bentonite increases the thermal stability of the composite and improves its mechanical properties. The use of bentonite in the polymer matrix, especially in nanostructures, will increase gas barrier properties and thermal resistance. Additionally, nanoscale bentonite can form strong bonds with polymer chains, positively impacting the viscoelastic properties of the composite. To ensure homogeneous dispersion of nanoscale additives in the LDPE matrix, compatibilizers are essential. Compatibilizers facilitate the compatibility of the two phases by acting as an intermediary between the polymer and inorganic fillers. In this thesis, the compatibilizers used will enhance the distribution of nanoscale calcium carbonate and bentonite powders within the polymer matrix. Compatibilizers also directly affect the interfacial relationship between the polymer matrix and filler and mitigate mechanical degradation. Lubricants, on the other hand, increase the material's processability, resulting in lower energy consumption and higher production speeds in manufacturing. During the production of polymer composites, lubricants reduce equipment wear and increase production speed. These additives also enhance the surface temperature of the polymer material, giving the final product a smoother and glossier appearance. Carbon black is a commonly used filler in polymer materials, especially improving properties such as electrical conductivity, UV resistance, and mechanical durability. In this study, the addition of carbon black to the LDPE matrix will enhance UV resistance in the developed polymer composite, extending the material's lifespan in outdoor applications exposed to prolonged environmental conditions. Additionally, carbon black provides a uniform appearance in the desired color, generally enhancing optical and aesthetic properties. The presence of carbon black in flame-resistant materials further stabilizes the material under flame, reinforcing flame-retardant properties. This thesis presents the development of halogen-free flame retardant (HFFR) compositions in a low-temperature polyethylene (LDPE) matrix, with nanoscale calcium carbonate, bentonite powder, and carbon black additives. These additives will improve both the mechanical and thermal properties of the polymer, contributing to the production of environmentally friendly and durable materials. The composite materials obtained as a result of the study will offer a wide range of applications, providing advanced solutions as alternatives to expensive HFFR compounds.
Benzer Tezler
- Nano katkılı kompozitlerde düşük hızlı darbe davranışlarının araştırılması
Investigation of low speed impact behavior in nano added composites
ESRA ALTUNDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiDicle ÜniversitesiFen Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GURBET ÖRÇEN
- Karbon nanotüp ve nanokil katkılı, karbon fiber / epoksi kompozitlerin düşük hız darbe testiyle enerji absorbsiyon davranışlarının incelenmesi
The effects of cnts and nanoclay on the energy absorpti̇on behavi̇or of carbon/epoxy nano composi̇tes under low veloci̇ty i̇mpact
ALEMDAR ONGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiMekanik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ERİŞEN
- Karbon nanotüp ve nanokil katkılı cıvata bağlantılı karbon/epoksi nanokompozit plakaların mekanik özellikleri ve hasar analizi
Mechanical properties and failure analysis of bolted joints carbon/epoxy nanocomposites laminates enhanced with carbon nanotube and nanoclay
MEHMET ÇAĞRI TÜZEMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
PROF. DR. AHMET AVCI
- Vibration damping property tensile and flexural behavior of kevlar-carbon/epoxy/nanoclay composites
Kevlar-karbon/epoksi/nanokil kompozitlerin titreşim, sönüm özelliği ile çekme ve eğilme davranışı
MAJEED ABBAS ALWAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. AHMET ERKLİĞ
- Impact behavior of nano-clay and nano-sio15 filled epoxy matrix based fiber reinforced composite laminates
Nanokil ve nano-sio15 katkılı epoksi matris esaslı elyaf takviyeli kompozit laminatların darbe davranışı
ATBAN RAFEA ABDO ABDO
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖMER YAVUZ BOZKURT