Yassı polimer boruların üretiminde hidrokömür ve farklı boyutlukarbon siyahı katkılarının malzeme performansına etkisi
Effect of hydrochar and carbon black additives with different particle sizes on the material performance of flat polymer pipes
- Tez No: 992257
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERDAL YABALAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Chemistry, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mersin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, yassı polimer boruların üretiminde kullanılan polimer matrislerin performansını artırmak amacıyla, farklı partikül boyutlarına sahip karbon siyahı (KS) ile biyokütle kaynaklı hidrokömürün (HK) tekil ve hibrit katkı sistemleri hâlinde kullanımının malzeme özellikleri üzerindeki etkileri kapsamlı biçimde incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, karbon esaslı bu katkıların mekanik, termal, morfolojik ve fizikokimyasal performansa olan katkılarını nicel verilerle ortaya koymak ve endüstriyel uygulamalar için sürdürülebilir, çevre dostu ve yüksek performanslı katkı kombinasyonlarını belirlemektir. Bu kapsamda hidrokömür, atık biyokütleden (hindistan cevizi kabuğu) hidrotermal karbonizasyon yöntemiyle yaklaşık 240 °C sıcaklık, 100 bar basınç ve 60 dakikalık reaksiyon süresi altında sentezlenmiş; elde edilen HK ve 1–15 µm aralığında değişen partikül boyutlarına sahip karbon siyahı numuneleri kontrollü öğütme işlemleriyle hazırlanmıştır. Katkı malzemeleri, polimer matris içerisine ağırlıkça belirli oranlarda (düşük–orta dolgu aralığında) eklenerek çift vidalı ekstrüder kullanımıyla yassı boru üretimine uygun kompozit sistemler hâline getirilmiştir. Üretilen numuneler; tane boyutu dağılımı, zeta potansiyeli, taramalı elektron mikroskobu (SEM), yoğunluk, eriyik akış indeksi (MFI), yüzey alanı analizleri, çekme–kopma testleri ile termogravimetrik ve diferansiyel termal analizler (TGA/DTA) kullanılarak detaylı biçimde karakterize edilmiştir. Mekanik test sonuçları, uygun partikül boyutundaki KS ve HK içeren hibrit katkı sistemlerinin, katkısız polimer matrislere kıyasla çekme dayanımında yaklaşık %15–30 oranında artış sağladığını göstermiştir. Termal analizler, hibrit katkı içeren numunelerde bozunma başlangıç sıcaklığının yaklaşık 20–40 °C daha yüksek değerlere kaydığını ve kütle kaybının daha kontrollü gerçekleştiğini ortaya koymuştur. SEM görüntüleri, hibrit katkı sistemlerinde dolgu fazının polimer matrisi içerisinde daha homojen dağıldığını ve ara yüzey boşluklarının belirgin biçimde azaldığını göstermiştir. Zeta potansiyeli ölçümleri, özellikle HK ilavesiyle birlikte sistemlerin yüzey yük stabilitesinin arttığını ve parçacık aglomerasyon eğiliminin azaldığını doğrulamıştır. Yoğunluk ve MFI analizleri, katkı ilavesine rağmen malzemenin işlenebilirliğinin korunduğunu ve MFI değerlerinin endüstriyel üretim için kabul edilebilir aralıkta kaldığını ortaya koymuştur. Bu çalışmanın özgünlüğü, literatürde polimer boru uygulamaları açısından sınırlı biçimde ele alınmış olan hidrokömürün, karbon siyahı ile birlikte hibrit bir dolgu sistemi olarak değerlendirilmesi ve bu sistemin yassı polimer borular üzerindeki performans etkilerinin nicel verilerle ortaya konmasından kaynaklanmaktadır. Endüstriyel açıdan elde edilen bulgular, yassı polimer boru üretiminde daha düşük karbon ayak izine sahip, düşük maliyetli ve yüksek mekanik–termal performans sunan katkı sistemlerinin geliştirilebileceğini göstermektedir. Sonuç olarak bu tez, mekanik ve termal özellikleri optimize eden, aynı zamanda döngüsel ekonomi ve sürdürülebilir üretim ilkeleriyle uyumlu karbon esaslı katkı sistemlerinin uygulanabilirliğini ortaya koyarak literatüre ve sektöre önemli bir bilimsel ve teknolojik katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the effects of using carbon black (CB) with different particle sizes and biomassderived hydrochar (HC), both individually and as hybrid additive systems, on the performance of polymer matrices used in flat polymer pipe production were comprehensively investigated. The main objective of the study was to quantitatively evaluate the contributions of these carbon-based additives to the mechanical, thermal, morphological, and physicochemical properties of the materials and to identify sustainable, environmentally friendly, and high-performance additive combinations suitable for industrial applications. Within this scope, hydrochar was synthesized from waste biomass (coconut shell) via hydrothermal carbonization under controlled conditions of approximately 240 °C temperature, 100 bar pressure, and 60 min reaction time. The obtained HC and carbon black powders with particle sizes ranging from 1 to 15 µm were prepared through controlled milling and classification processes. The additives were incorporated into the polymer matrix at predetermined weight fractions (within the lowto-medium filler loading range), and composite materials suitable for flat pipe production were manufactured using a twin-screw extrusion process. The produced samples were comprehensively characterized using particle size distribution analysis, zeta potential measurements, scanning electron microscopy (SEM), density and melt flow index (MFI) analyses, surface area measurements, tensile and elongation tests, as well as thermogravimetric and differential thermal analyses (TGA/DTA). Mechanical test results indicated that hybrid additive systems containing appropriately sized CB and HC provided an approximately 15–30% increase in tensile strength compared to the neat polymer matrix. Thermal analysis revealed that the onset decomposition temperature of hybrid-filled composites shifted to approximately 20–40 °C higher temperatures, indicating improved thermal stability and a more controlled degradation behavior. SEM observations demonstrated a more homogeneous dispersion of the filler phase within the polymer matrix for hybrid additive systems, along with a noticeable reduction in interfacial voids. Zeta potential measurements confirmed enhanced surface charge stability and reduced agglomeration tendencies, particularly with the incorporation of hydrochar. Density and MFI results showed that, despite the addition of fillers, the processability of the composites was maintained, and the MFI values remained within ranges acceptable for industrial flat pipe production. The originality of this study lies in the systematic evaluation of hydrochar, an additive that has been scarcely investigated in polymer pipe applications, as a hybrid filler in combination with carbon black, and in the quantitative assessment of its effects on the performance of flat polymer pipes. From an industrial perspective, the findings demonstrate the feasibility of developing low-cost, low-carbonfootprint, and high-performance additive systems for flat polymer pipe manufacturing. In conclusion, this thesis provides a significant scientific and technological contribution by demonstrating the applicability of carbon-based hybrid additives that simultaneously optimize mechanical and thermal properties while supporting circular economy principles and sustainable manufacturing practices.
Benzer Tezler
- Kuzey Kıbrıs Türk Cumhuriyetin'de Merkez Bankacılığı ve parasal sorunlar
Başlık çevirisi yok
HAKKI EMRE
- Effects of polyhedral oligomeric silsesquioxane reinforced polypropylene (PP) nanocomposites on the thermal, mechanical, and optical properties of PP
Polihedral oligomerik silseskuiokzan katkılı polipropilen (PP) nanokompozitlerin PP üzerindeki termal, mekanik ve optik özelliklerinin incelenmesi
SEVİL KAYNAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSELİ UYANIK
PROF. DR. MÜKERREM ÇAKMAK
- Cam esaslı dolgu geometrisinin Poliamid 6' nın kristallenme davranışına etkilerinin incelenmesi
Investigation of effect of glass based filler geometry on the crystallizatıon behavior of Polyamide 6
EBRU KALELİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KAŞGÖZ
- Pdla katkısı ve kesit şeklinin, PLLA filament ipliklerinin morfoloji, termal ve hidrolitik bozunmalarına olan etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of pdla additive and cross section on the morphology, thermal and hydrolytic degradation of PLLA filament yarns
ONUR ÇELEN
Doktora
Türkçe
2022
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN BASRİ KOÇER
- Polimer-iyonik tuz elektrolitlerinin iletkenlik-serbest hacim ilişkilerinin pozitron yokolma ömür spektroskopisi ile incelenmesi
Investigation of relationship between free volume and ionic conductivity of polymer-salt electrolytes by using positron annihilation lifetime spectroscopy
BİLGEHAN COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR YAHŞİ