Tufal katkılı Pe matrisli kompozitlerin tribolojik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Polimer matrisli kompozit (PMK) malzemeler yüksek mekanik dayanım, sertlik, hafiflik gibi üstün özelliklerinden dolayı havacılık ve uzay sanayisinden günlük yaşamımıza kadar uzanan çok geniş bir alanda kullanım alanına sahiptir. Ancak PMK'nın mekanik ve tribolojik özellikleri takviye malzemesinin özellikleri ile sıkı bir şekilde ilişkilidir. Bugüne kadar da polimerler matris içerisine çok çeşitli dolgu maddesi katkılandırılmıştır. Bu çalışmada Tufal'in (FE2O3)Polietilenin (PE) potansiyel mekanik ve aşınma dayanımı performansına etkisinin incelenmesi tezin ana fikrini oluşturmaktadır. Tez çalışmasında PE/Tufal kompozit peletleri polimer matris içerisine farklı ağırlık oranlarında (%10, 20, 30, 40) ve tane boyutlarında (30, 60, 90, 120, 200 µ) Tufal eklenerek çift vidalı ekstrüder kullanılarak üretilmiştir. Ardından tribolojik ve mekanik testlerin gerçekleştirilebilmesi için üretilen peletler enjeksiyon kalıplama yöntemi ile kalıplanmıştır. PE/Fe2O3kompozitlerinebaşlıca çekme, Shore D sertlik ölçümü, dinamik mekanik analiz, termal analiz, yapısal analizler (XRF, XRD, SEM vb.) ve kuru ortamda pin-on-disk aşınma testleri, gerçekleştirilmiştir. Tüm bu testlerde süre, yük, aşınma hızı gibi faktörlerin yanı sıra temel olarak kompozitlerin takviye fazı tane boyutu ve takviye fazı % bileşimi parametrelerinin etkileri araştırılmıştır.Ayrıca kompozitlerde aşınma sonrası yüzey optik mikroskop görüntüleri incelenerek aşınma mekanizmaları yorumlanmıştır. Kompozitlerin sertlik değerleri ve elektriksel direnci üzerine Fe2O3'in tane boyutunun etkisi gözlenmezken artan Fe2O3konsantrasyonu ile artış elde edilmiştir.Fe2O3'in yapıya ilavesinin artışı çekme dayanımı üzerinde belirgin bir etkiye neden olmazken, kopma uzamasının takviye oranının artışı ile arttığı tespit edilmiştir.

Polymer matrix composite (PMK) materials have a wide range of applications ranging from aerospace industry to daily life due to their high mechanical strength, hardness and light weight. However, the mechanical and tribological properties of PMK are closely related to the properties of the reinforcing material. To date, a wide variety of fillers have been incorporated into the polymers matrix. The main idea of this thesis is to investigate the effect of Tufal (FE2O3) on the potential mechanical and abrasion resistance performance of polyethylene (PE). In the thesis, PE / Tufal composite pellets were produced by using twin screw extruder in different weight ratios (10, 20, 30, 40) and grain sizes (30, 60, 90, 120, 200 µ) into the polymer matrix. The pellets were then molded by injection molding to perform tribological and mechanical tests. Tensile, Shore D hardness measurement, dynamic mechanical analysis, thermal analysis, structural analysis (XRF, XRD, SEM, etc.) and pin-on-disk abrasion tests were performed on PE / Fe2O3 composites.In all these tests, the effects of the parameters such as duration, load, abrasion rate as well as reinforcement phase particle size and reinforcement phase % composition of the composites were investigated. The optical microscope images of the composites surfaces were also investigated and their wear mechanisms were interpreted. No effect of grain size of Fe2O3 on the hardness values and electrical resistance of the composites was observed, but increasing Fe2O3 concentration has improved them. While the addition of Fe 2 O 3 to the structure does not cause any significant effect on the tensile strength, it is seen that the elongation at brake increases with increasing Fe2O3 concentration.