Hibrit organik-inorganik dolgulu polimer matrisli kompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu

Abstract

Günümüzde bitkisel lif dolgulu polimer kompozitler, bitkisel liflerin yenilenebilir kaynak olmaları, düşük yoğunluğa, düşük fiyata ve toksik olmayan özelliklere sahip olmaları gibi birçok özellikleri nedeniyle otomotiv, inşaat gibi birçok sektörde kullanılmaktadır. Otomotiv ve inşaat sektöründe kullanılan biyokompozitlerde bitkilerden ve ağaçlardan elde edilebilecek dolgu veya takviye malzemelerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bununla birlikte, bitkisel lif dolgulu polimer kompozitlerin kullanımı, yetersiz termal özelliklerinden dolayı sınırlıdır. Bu durumun üstesinden gelmek için, bitkisel lif dolgulu polimer kompozitlerde termal performansı artıran mineral dolgu malzemeleri kullanılabilir. Tez çalışmasında polipropilen (PP)'nin mekanik ve termal özelliklerini iyileştirmek için `Enginar Sap Partikülleri (E)` ve `Vollastonit (W)`, sırasıyla organik ve inorganik bir dolgu maddesi olarak kullanılmıştır.Ege Bölgesinde enginar tarlalarında enginarın baş kısmı tarımsal ürün olarak hasat elde edildikten sonra, enginar sap gövdeleri tarlada kalmaktadır. Bu sap gövdeleri geçen yaz dönemi sonrasında iyice kurumaktadır. Bunlar katma değeri olmayan lignoselülozik esaslı lifler içeren tarımsal atıklardır ve ülkemizde yakılarak bertaraf edilmektedir. Bu tez çalışmasında enginar sap gövdelerinin öğütülmesi ile elde edilen enginar sap partiküller ve polipropilen kullanılarak biyokompozitlerin üretilmesi amaçlanmaktadır.Ağırlıkça %10, %20 ve %30 oranlarında E parçacıkları içeren E-PP kompozitler ve E- W-PP hibrit kompozitler yüksek hızlı termo-kinetik karıştırıcı kullanılarak üretilmiştir. Üretilen kompozit malzemelerin çekme testleri sonrası kırılma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelemeleri ile, mekanik özellikleri üniversal test cihazı kullanılarak, viskoelastik özellikleri dinamik mekanik analiz (DMA) cihazı, termal özellikleri de termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) cihazları ile belirlenmiştir. Elde edilen mekanik sonuçlara göre, ağırlıkça %10 E partikülleri ve ağırlıkça %3, %5 ve %7 W içeren hibrit kompozitler üretilmiştir.Elde edilen sonuçlar, artan E içeriği ile E dolgulu PP kompozitlerin depolama modülünün de arttığını ortaya koydu. Hazırlanan hibrit kompozitlerin arasında en yüksek depolama modül değeri PP-7E-3W kompozitinde görülmüştür. PP içerisine katılan E ile birlikte çekme ve eğilme dayanımı azalmasına rağmen; çekme ve eğilme modülleri sırasıyla yaklaşık olarak %52.8 ve %17.8 artmıştır. Hibrit kompozitlerde E yerine ağırlıkça %7 W ilave edildiğinde elastisite ve eğilme modülleri PP'ye kıyasla sırasıyla %29.8 ve %19.2 artmıştır. E doldurulmuş PP kompozitlerin 232.46 °C'de termal olarak parçalanmaya başlamıştır. Hibrit kompozitlerde E yerine W eklendiğinde, ilk ayrışma sıcaklıklarının PP-10E'ninkinden daha yüksek olduğu görülmüştür.

Nowadays, biocomposites are used in many sectors such as automotive and construction due to their many properties such as renewable resource, low density, low price and non-toxic properties. Biocomposites used in the automotive and construction sectors require fillers or reinforcing materials that can be obtained from plants and woods. However, the use of plant fiber reinforced or filled polymer composites is limited due to their insufficient thermal properties. To overcome this, mineral fillers that enhance thermal performance can be used in plant filled polymer composites. In the thesis, Artichoke Stem Particles (E) and Wollastonite (W) were used as an organic and inorganic filler in order to improve the mechanical and thermal properties of polypropylene (PP).In the artichoke fields in the Aegean Region, after harvesting the head of the artichoke as an agricultural product, the stems of the artichoke remain in the field. These stem bodies dry well after last summer. These are agricultural wastes containing lignocellulosic based fibers with no added value and they are fired in our country. In this thesis, it is aimed to produce biocomposites using artichoke stem particles obtained by grinding artichoke stem bodies and polypropylene.E-PP composites containing 10 wt%, 20 wt% and 30 wt% E particles and E-W-PP hybrid composites were produced using a high speed thermo-kinetic mixer. Observations of fracture surfaces by scanning electron microscopy (SEM) after the tensile tests of the composite materials, mechanical properties by a universal testing machine, viscoelastic properties by a dynamic mechanical analysis (DMA) device, thermal properties by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) devices. According to the mechanical results obtained, hybrid composites containing E particles and 3 wt%, 5 wt% and 7 wt% W were produced.The results showed that the storage modulus of E-filled PP composites increased with increasing E content. Among the hybrid composites, the highest storage modulus value was observed in PP-7E-3W composite. Although the tensile and flexural strength decreases with E added in PP; the elasticity and flexural modules increased by approximately 52.8% and 17.8%, respectively. In hybrid composites, when 7 wt% W was added instead of E, the elasticity and flexural modulus increased by 29.8% and 19.2%, respectively, compared to those of PP. It was observed that the E-filled PP composites began to thermally decompose at 232.46 ° C. When W was added instead of E, the initial decomposition temperatures were higher than those of PP-10E.