Geri Dön

Geri kazanılmış karbon siyahı takviyeli doğal kauçuk karışımlarının yorulma çatlak ilerlemesi

Fatigue crack growth of recovered carbon black reinforced natural rubber compounds

PDF İndir

  1. Tez No: 962368
  2. Yazar: ONUR HAYDARİ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRECAN SÖYLEMEZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Konstrüksiyon Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 107

Özet

İnsanlık, tarih boyunca, yaşamın her yönünü kolaylaştırmak ve daha iyi hale getirmek için çeşitli malzemeleri keşfetmiş ve geliştirmiştir. Bu bağlamda, kauçuk benzersiz özelliklerinden dolayı çok yönlü ve önemli bir malzeme olmuştur. Bu çalışmada, kauçuğun en yaygın ve kritik takviye maddesi olan karbon siyahının geri kazanılmış formu üzerine odaklanılmıştır. Geri kazanılmış karbon siyahı takviyeli kauçuğun performansı, özellikle yorulma direnci, incelenmiştir. Geri kazanılmış karbon siyahının, takviye edildiği kauçuğun yorulma performansına etkisini tam olarak değerlendirmek ve etkili bir şekilde kullanabilmek için, çeşitli faktörlere dikkat etmek gerekmektedir. Bu faktörlerin en önemlileri malzemenin özellikleri, bileşik hazırlama koşulları ve son uygulamanın gereksinimleridir. Kauçuk, genellikle enerji emme, sürtünme ve aşınma direnci gibi özellikleri nedeniyle geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılır. Ancak, bu özellikler büyük ölçüde kauçuğa eklenen takviye maddelerine bağlıdır. Dolayısıyla, kauçuk ürünlerinin performansını ve özelliklerini anlamak için, kullanılan takviye maddeleri hakkında tam bir bilgi sahibi olmak bir gerekliliktir. Diğer yandan, kauçuk sektörü çevresel sürdürülebilirliği de gözetmek zorundadır. Bu noktada, geri kazanılmış karbon siyahı (rKS) kullanımı bu sorunların bazılarına çözüm sunabilir. Kauçuk bileşiklerinde rKS kullanımı ile ilgili bu çalışma, geleneksel karbon siyahı (gKS) ile üretilen kauçuklara kıyasla yorulma performansını incelemekte ve önemli sonuçlar ortaya koymaktadır. Sonuçlar, geri kazanılmış karbon siyahının doğru şekilde işlenmesi ve optimize edilmesi durumunda, geleneksel karbon siyahına benzer bir performans sergileyebileceğini göstermektedir. Ancak, rKS'nin optimum kullanımının, karıştırma sürelerinin ve karbon siyahı dağılımının dikkatlice kontrol edilmesini gerektirdiğini de belirtmekte fayda vardır. Buna ek olarak, rKS'nın kül oranının düşürülüp verimli yüzey alanının arttırılması ile bileşiğin ömür performansı daha da iyileştirilebilir. Çalışma sonunda, belirtildiği gibi, rKS, gKS ve Si ile karıştırılıp uygun oranlar bulunarak abrazyon ve ömür açısından tatmin edici ve çevreye daha duyarlı ürünler üretilebilir. Bu, gelecekteki araştırmalar ve uygulamalar için yeni ve heyecan verici bir alan açmaktadır. İlaveten yüksek ömür beklentisi olmayan ürünlerde rKS'nın kullanımı cazip olabilir. Böylece, sürdürülebilirlik hedeflerini destekleyen ve çevresel etkiyi azaltmayı amaçlayan bir yol haritası sunarak, kauçuk endüstrisi için önemli bir katkı sağlamayı amaçlayan bu çalışma, kauçuk endüstrisinin daha yeşil ve daha sürdürülebilir bir geleceğe doğru ilerlemesine yardımcı olabilir.

Özet (Çeviri)

Rubber products play an important role in our daily lives. They are typically made of natural or synthetic rubber, fillers, plasticizers, and various chemical additives depending on the application. Vulcanization or cross-linking is necessary to bring all the components together in a useful product. Vulcanization is an irreversible process discovered by Charles Goodyear in 1839 and is defined as the cross-linking of rubber under heat and pressure using sulfur or sulfur-containing compounds, resulting in an elastic material with unique properties such as flexibility, durability, gas impermeability, wear resistance, chemical resistance, heat resistance, and electrical resistance. However, cross-linked rubber parts cannot biodegrade even when buried in the soil. Additionally, the complex engineering structures of vulcanized rubbers made from various materials make recycling difficult. The use of rubber in various applications results in high amounts of rubber waste, especially due to the increasing number of vehicles on the roads, making the disposal of waste tires an escalating environmental problem worldwide. Pyrolysis is a process of breaking down rubber components under heat and oxygen-free conditions. The outputs of this process include basic chemicals used in rubber production such as carbon black, zinc, sulfur, steels, oils, and gas. However, the operating costs of pyrolysis facilities are high. Pyrolysis of waste tires and other industrial rubber-based parts not only helps overcome environmental issues related to recycling, but also allows for the recovery of valuable products such as oils and carbon fillers for elastomeric materials. Carbon black has the highest volume of use as a reinforcing filler in rubber products, especially in tires. The potential for recovered carbon black (rCB) to partially or fully substitute for virgin carbon black (vCB) in various industries depends on the mechanical properties, fatigue performance, and other characteristics of the rubber reinforced with rCB. Rubber-like materials exhibit high elastic behavior over a wide range of deformation. While the Mooney-Rivlin equation can predict the behavior of elastomers under load with its two and three constant models, more advanced hyperelastic models can be used to provide higher precision and curve fitting especially at high strains. The strain energy density is dependent on three strain invariants calculated from the strain and elongation ratios. In fatigue studies, fatigue crack propagation can be predicted using the strain energy density as a parameter. The history of fracture mechanics dates back to the 1920s. Griffith proposed that the fracture of any solid material was controlled by the distribution of defects and that damage started at the largest one. Fracture mechanics has since evolved and can be used to predict the strength and failure of rubber products. The first application of fracture mechanics to rubber was the concept of tear energy proposed by Rivlin and Thomas based on Griffith's theory. During the fracture of rubber, the advancement of the crack tip in the highly strained region was observed. Therefore, tear energy was defined as the total energy required to create new fracture surfaces during the crack propagation process. Since tear energy advances independently of crack length in pure shear specimens, it is preferred in fatigue crack growth experiments in elastomers. The strain energy density released during crack propagation in pure shear specimens is represented by the area under the stress-strain curve without a crack. Elastomers are divided into general-purpose elastomers and special-purpose elastomers. Although general-purpose elastomers are widely used, their aging, temperature, and solvent resistances may not be suitable for the application. For this purpose, special-purpose elastomers are used according to the intended use of the elastomer, i.e., for a specific application area. Fillers are used to reduce the cost of rubber and to change some of its properties. Compounds have been made cheaper by using filler materials such as ground limestone, barites, clays, kaolin, etc. Systematic studies on the effect of filler materials were first reported in 1891. Particle size, surface area, structure, and surface activity are factors that determine the properties that a filler material will impart to a rubber compound. Rheometers can be examined under two main headings, oscillating disc rheometers (ODR) and moving die rheometers (MDR). The most critical difference between ODR and MDR is the risk of heat loss. The torque is the most important measurement point related to the curing curve, and the measurement of torque in rheometers is done using a torque transducer. Process parameters are determined according to significant MDR outputs and part thickness. These parameters can be determined numerically and analytically in samples with non-uniform geometry and produced with special mixtures. In the Materials and Experiments section, the fracture mechanics approach used to predict the fatigue life of elastomer materials was examined. The materials used in the production of samples, as well as the procedure and equipment details, were also explained. In addition, the method used for carbon black dispersion measurement was also explained in detail. Also, the conditions, equipment, and test procedures used in the study were analyzed. In the Observations and Discussions section, the fatigue crack growth performances of rubber compounds produced using different mixing parameters were examined. The production temperatures, carbon black dispersion rates, and hardness of the compounds were measured, and the fatigue crack growth behaviour were determined in the tests. N330, N550, and rKS reinforced samples were compared. The results indicate that, when processed and optimized correctly, recycled carbon black can exhibit performance similar to that of conventional carbon black. However, it should be noted that the optimal use of rCB requires careful control of mixing times and carbon black dispersion. Additionally, the performance of the compound can be further enhanced by reducing the ash content of rCB and increasing the effective surface area. Furthermore, it is possible to produce satisfactory and environmentally friendly products by mixing rCB with cCB and Si at appropriate ratios, considering abrasion resistance and service life. Consequently, this study opens up new and exciting avenues for future research and applications by demonstrating the potential of using rCB and cCB/Si blends in the production of rubber products with satisfactory performance and environmental sensitivity, particularly for products with lower service life expectations. By providing a roadmap that supports sustainability goals and aims to reduce environmental impact, this study can contribute significantly to the rubber industry's progression towards a greener and more sustainable future.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    915339

    Electromagnetic shielding and acoustic properties of recycled carbon black enhanced polyurethane

    Geri dönüştürülmüş karbon siyahı takviyeli poliüretanın elektromanyetik kalkanlama ve akustik özellikleri

    ETHEM GÖKHAN ÖZÇELİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BÜNYAMİN KARAGÖZ

  2. Tez No

    888581

    Creep behavior investigation of 3d printed polyetherimide parts with carbon black reinforcement via experimental analysis and modeling

    3b basılmış karbon siyahı takviyeli polieterimid parçaların deneysel analiz ve modelleme ile sürünme davranışının incelenmesi

    MERVE KARABAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPTEKİN YILDIZ

  3. Tez No

    849478

    Innovative membrane with recovered carbon black (rCB)

    Geri kazanılmış siyah karbon ile inovatif membran

    TUĞÇE AKCA GÜLER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU

  4. Tez No

    916461

    Endüstriyel hortum ürünleri için sürdürülebilir yeşil kauçuk hamur tasarımı

    Sustainable green rubber compound design for industrial hose products

    BURCU CAN KARABULUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERKAN EMİK

  5. Tez No

    647364

    Çelik lifli betonlarda geri dönüştürülmüş nano karbon siyahı ve kandıra taşı tozunun değerlendirilmesi

    Evaluation of recycled nano carbon black and kandira stone powder in steel fiber concrete

    İRFAN ŞEHRULLAH ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KEMALETTİN YILMAZ

Geri Dön