Geri Dön

Termoplastik kompozitlerde elektriksel ve termal özelliklerin nano malzemeler kullanımıyla geliştirilmesi

Improvement of electrical and thermal properties in thermoplastic composites by using nano materials

PDF İndir

  1. Tez No: 960083
  2. Yazar: EZGİ UÇAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ELÇİN YILMAZ, DR. MUSTAFA DOĞU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemical Engineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 145

Özet

Termoplastik kompozitler hafifliği, geri dönüştürülebilmesi, işleme kolaylığı ve maliyet verimliği nedeniyle otomotiv, havacılık, elektrik-elektronik gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak termoplastiklerin birçoğu yapısı gereği elektriksel olarak yalıtkandır ve bu da elektriksel iletkenliğin gerekli olduğu uygulamalardaki kullanımlarını kısıtlamaktadır. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, termoplastik kompozitlere takviye malzemesi olarak tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNT) gibi iletken nano malzemelerin dahil edilmesi, yalıtkan polimer matrislerin özelliklerinin geliştirilmesinin etkili yöntemlerinden biridir. Ancak polimer nanokompozitlerin özelliklerinin geliştirilmesinde minimum miktarda SWCNT kullanılarak polimerik matriste etkili bir dağılımın sağlanması önemli araştırma konulardan biridir. Bu tez çalışması elektriksel ve termal özellikleri geliştirilmiş, SWCNT takviyeli termoplastik kompozitlerin eriyik harmanlama yöntemiyle hazırlanmasına ve karakterizasyonuna odaklanmaktadır. Farklı özellikleriyle öne çıkan polimetil metakrilat (PMMA), poli fenilen sülfit (PPS), poliketon (PK) ve etilen vinil alkol (EVOH) polimerlerini içeren nanokompozitlerin morfolojik, elektriksel, termal ve termoelektrik özellikleri incelenmiştir. Kompozitlerin özellikleri karıştırma hızı, nano malzemenin matrise dahil edilme stratejisi ve hibrit malzeme kullanımı gibi parametreler ile çok yönlü olarak incelenmiştir. Farklı oranlardaki kırpık cam elyaf ve kırpık karbon elyaf ilavesinin kompozitlerin başta SWCNT dağılımlarına olan etkileri olmak üzere çeşitli özellikler üzerindeki etkileri incelenmiştir. %5 karbon elyaf ve %1 SWCNT takviyeli kompozitte, karbon elyaf içermeyen kompozite göre daha iyi SWCNT dağılımı gözlemlenmiştir. SWCNT doğrudan polimer matrise karıştırılmasının yanı sıra, iki farklı takviye konsantresinin (masterbatch, MB) uygun oranlarda seyreltmesiyle de kompozite dâhil edilmiştir. SWCNT ile PK'nın doğrudan karıştırılmasıyla %1 SWCNT oranında bile elektriksel iletken ağ elde edilemezken poliol ester içerikli SWCNT MB'nin seyreltilmesiyle elektriksel perkolasyon eşiği aşılmıştır. Hazırlanan elektriksel olarak iletken tüm kompozitlerde %0.75 SWCNT'nin altında elektriksel perkolasyon eşiği elde edilmiştir. Özellikle PMMA/SWCNT kompozitleri %0.05-0.075 SWCNT perkolasyon eşiği ile öne çıkmaktadır. Bu değer eriyik harmanlama ile hazırlanan PMMA/SWCNT kompozitleri için şu ana kadar raporlanan en düşük perkolasyon eşiği değeridir. Çalışmada üstün kimyasal dayanım, mekanik mukavemet, gaz bariyer özellikleri gibi çeşitli performans gereksinimleri olan alanlar için düşük nano malzeme oranlarında bile elektriksel olarak iletken, termal olarak kararlı ve termoelektrik malzeme olarak kullanılabilecek kompozitler hazırlanmıştır.

Özet (Çeviri)

Thermoplastic composites are widely used in fields such as automotive, aerospace, electrical and electronic applications due to their light weight, recyclability, ease of processing, and cost efficiency. However, many thermoplastics are electrically insulating by nature, which limits their use in applications where electrical conductivity is required. To overcome this limitation, the incorporation of conductive nanomaterials such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) as reinforcing agents into thermoplastic composites is one of the effective methods to improve the properties of insulating polymer matrices. However, achieving an effective dispersion of SWCNT in the polymeric matrix using a minimal amount of SWCNT is one of the important research topics in the development of polymer nanocomposites. This thesis focuses on the preparation and characterization of SWCNT-reinforced thermoplastic composites with enhanced electrical and thermal properties using the melt blending method. The morphological, electrical, thermal, and thermoelectric properties of nanocomposites containing polymers with different characteristics, such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyphenylene sulfide (PPS), polyketone (PK), and ethylene vinyl alcohol (EVOH), were examined. The properties of the composites were investigated in a multifaceted way through parameters such as mixing speed, the strategy of incorporating the nanomaterial into the matrix (directly or as a masterbatch), and the use of hybrid materials. The effects of the addition of chopped glass fiber and chopped carbon fiber at different ratios on various properties of the composites, especially on SWCNT dispersion, were examined. In the composite containing 5% carbon fiber and 1% SWCNT, a better SWCNT dispersion was observed compared to the composite without carbon fiber. In addition to direct mixing of SWCNT into the polymer matrix, SWCNT was also incorporated into the composite by diluting two different masterbatches at appropriate ratios. While an electrically conductive network could not be achieved even at a 1% SWCNT ratio by direct mixing of SWCNT with PK, the electrical percolation threshold was exceeded by diluting the SWCNT masterbatch containing polyol ester. In all electrically conductive composites prepared, the electrical percolation threshold was achieved below 0.75% SWCNT. Especially the PMMA/SWCNT composites stand out with a percolation threshold of 0.05–0.075% SWCNT. This value is the lowest percolation threshold reported so far for PMMA/SWCNT composites prepared by melt blending. In the study, composites that are electrically conductive, thermally stable, and can be used as thermoelectric materials were prepared, even at low nanomaterial contents, for application areas requiring various performance criteria such as high chemical resistance, mechanical strength, and gas barrier properties.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    676903

    Grafen oksit ve bitkisel yağ bazlı poliüretandan elde edilen kompozitlerin kaplama performanslarının incelenmesi

    Investigation of coating performances of composites obtained from graphene oxide and vegetable oil based polyurethanes

    BERİL OĞUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLHAYAT SAYGILI

  2. Tez No

    919228

    MWCNT, GNP, H-BN, BNNT ile takviyelendirilmiş polifenilen sülfür (PPS) matrisli kompozitin özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of tailored properties of polyphenylene sulfide (PPS) matrix composite reinforced with MWCNT, GNP, H-BN, BNNT

    ŞÜKRAN GÜNEY YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Metalurji MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CİHAN KABOĞLU

    DOÇ. DR. YAHYA ÖZ

  3. Tez No

    286258

    Conductive polymer nanocomposites of polypropylene and organic field effect transistors with polyethylene gate dielectric

    Polipropilen iletken nanokompozitleri ve polietilen kapı dilektrikli organik alan etkili transistörler

    YASİN KANBUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Bölümü

    PROF. DR. ZUHAL KÜÇÜKYAVUZ

  4. Tez No

    676749

    Synthesis of poly(methyl methacrylate) reinforced by graphene nanoplates

    Grafen nano plakalar ile güçlendirilmiş poli(metil metakrilat) sentezi

    ELİF KOCAÇINAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  5. Tez No

    638084

    The production of chopped glass fiber reinforced PPS composite via extrusion and injection moulding and characterization studies

    Kırpık cam elyaf takviyeli PPS matrisli kompozitin extrüzyon ve enjeksiyon ile üretimi ve karakterizasyon çalışmaları

    FEYZA ZENGİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ARİF NİHAT GÜLLÜOĞLU

    DR. MEHMET MASUM TÜNÇAY

Geri Dön