Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Ebru Aydın
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Afife Binnaz Hazar
Özet:
Polimer matrisli kompozitler otomotiv, uzay, havacılık, biyomedikal, deniz ve spor eşyaları, elektronik ve ambalaj uygulamaları gibi alanlarda hızla metal malzemelerin yerini almaya başlamışlardır. Hafiflik, iyi mekanik ve termal özellikler bu malzemelerin uygulama alanlarını gün geçtikçe genişletmektedir. Polimer kompozit malzemeler artan kullanım alanına rağmen, üretimi ve kullanım ömrü sonunda geri dönüşebilirlik problemlerinden dolayı dezavantajlara sahiptir. Son yıllarda artan üretim faaliyetleri sonucunda yenilenebilir ve geri dönüşebilir olmayan kompozit malzeme bileşenleri, kontrolsüz kirliliğe sebep olmaktadır. Kirliliğe bağlı olarak artan çevresel kaygılar, petrol rezervlerinin kısıtlı ve petrol kökenli polimerlerin geri dönüşümünün zor olması bu malzemelerin yerini alabilecek özellikte yeni malzemelerin üretimine yönelme ihtiyacı doğurmuştur. Yeşil polimerler ve kompozitler gibi malzemeler doğal çevreye uyumu, minimumum enerji tüketimi ve yüksek verimle üretilebilme özellikleri dolayısıyla ve oluşan çevre sorunlarına çözüm üretmesi amacıyla doğal döngüye girecek biçimde tasarlanmaya başlanmıştır. Tamamen doğal kaynaklardan elde edilen matris ve takviyelerden oluşan biyobozunur özellikteki yeşil kompozitler, ekonomik ve hafif olmaları yanında istenilen mekanik, termal vb. özellikleri de yerine getirebilmektedir. Polilaktik asit (PLA) yüksek molekül ağırlığına ve farklı yapısal özellikler (yarıkristalin ve amorf gibi) göstermesi nedeniyle birçok temel endüstriyel uygulamada (ambalaj, medikal vb.) kullanılmaktadır. Ayrıca geri dönüşebilme ve kompostlanabilme özelliklerinin yanı sıra yüksek dayanım ve sertliğe sahip, geleneksel petrol esaslı polimerlere alternatif olan en popüler biyopolimer olan PLA, otomotiv uygulamalarını da içeren dayanıklı ürünlerde kullanılmaya başlanmıştır. PLA'nın zayıf olan darbe ve termal dayanım özelliklerini tolere edebilmek için nanokristalin selüloz (NCC) takviyelendirici olarak kullanılmaktadır. Yüksek kristallik ve spesifik yüzey alanı gibi özelliklerinden dolayı polimer matrislerde kullanılabilen NCC çeşitli ilkel ve yüksek organizasyonlu bitkiler ve bakterilerden elde edilmektedir. Sürdürülebilir ve yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilir, hafif ve mukavim olması sebebiyle ''yeni nesil yeşil kompozit'' malzemeler için eşsiz bir takviyelendirici seçeneğidir. Sunulan tez çalışmasında; matris olarak polilaktik asit ve takviyelendirici olarak NCC kullanılarak mekanik ve termal özellikleri geliştirilmiş endüstriyel kullanıma uygun tamamen yeşil polimer kompozit malzeme üretilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında PLA içerisine takviye edilecek NCC miktarının, ikinci aşamasında ise maleik anhidrit yüzey uyumlaştırıcısının PLA-NCC arayüzey etkileşimine etkisi incelenmiştir. Kompozit granüller üretilirken çift vidalı ekstrüder ile ergiyik karıştırma yöntemi, test numunelerinin şekillendirmesi için ise enjeksiyon kalıplama yöntemi kullanılmıştır. Kompozitlerin yapısal özelliklerini karakterize etmek amacıyla Fourier Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ve X-ışını Kırınım Analizi (XRD) yapılmıştır. Kompozitlerin morfolojik özellikleri ve matris- takviye etkileşimleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ile termal özellikler; çekme, eğme ve darbe testleri ile de mekanik özellikler karakterize edilmiştir. Deneysel çalışmalar NCC katkısı arttıkça çekme dayanımı ve kopmadaki uzama değerlerinde düşüş, çekme modülünde artış olduğunu göstermiştir. Maleik anhidrit (MA) uyumlaştırıcı, kompozit yapının çekme modülünü arttırırken çekme mukavemeti ve kopmadaki uzama değerlerini düşürdüğü belirlenmiştir. Eğme testi sonuçlarından en yüksek eğme modülü ve dayanımı PLA-g-MA/NCC5'de gözlemlenmiştir. NCC katkısı eğme modülünü genellikle arttırmıştır. En yüksek eğme dayanımı ise PLA-g-MA (102 MPa) ve PLA-g-MA/NCC5 numunesinde (100 MPa) kompozitlerinde görülmüştür. -30°C'de yapılan İzod darbe testi sonucunda en yüksek darbe dayanımının PLA/NCC3 (5,10 kJ/m2) ve PLA-g-MA/NCC3 (5,10 kJ/m2) kompozitlerine ait olduğu belirlenmiştir. +23°C'de yapılan İzod darbe testi sonucunda da en yüksek darbe dayanımına (4,71 kJ/m2) sahip kompozitin PLA-g-MA/NCC3 olduğu belirlenmiştir. MFI değerleri saf PLA'ya göre tüm kompozitlerde azalmıştır. Bu azalmanın da malzemenin proses edilebilirlik özelliklerini değiştirdiği söylenebilir. Nem tayini analizleri ağırlıkça %5 NCC içeren kompozitlerin nem içeriklerinin diğerlerine göre daha yüksek olduğunu ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, DSC analizi NCC kullanımının PLA'nın ısıl dönüşüm sıcaklıklarında dikkate değer değişimlere neden olmadığını göstermiştir. TGA analizleri sonucunda ise termal stabilitede azalma olduğu belirlenmiştir. Yük altında bozunma ve Vicat yumuşama sıcaklığında dikkate değer bir artış olmamakla birlikte özellikle MA, Vicat yumuşama sıcaklıklarını genellikle olumsuz yönde etkilemiştir. SEM analizi sonuçlarından ağırlıkça %3 NCC kompozitlerde üniform dağılım olduğu görülmüştür. Ağırlıkça %5 NCC içeren kompozitlerde ise MA etkisi gözetmeksizin topaklaşma gözlemlenmiştir.