Nano ve micro-Mg(OH)₂ katkılı polipropilen kompozitlerin tribolojik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, katkısız polipropilen (PP) ile farklı oranlarda (%2, %4, %6 ve %10) ve farklı partikül boyutlu (50nm, 1.5µm, 2.6µm) magnezyum hidroksit (Mg(OH)2) katkılı polipropilen kompozitlerin aşınma ve sürtünme performansları incelenmiştir. Tribolojik deneyler, kuru ortam şartlarında oda sıcaklığında pim-disk aşınma cihazında yapılmıştır. Deneyler, 5N,10N ve 15N gibi farklı yükler altında ve 0.5, 1.0, 2.0 ve 3.0 m/s gibi farklı kayma hızlarında gerçekleştirilmiştir. Karşı disk malzeme olarak AISI 316L paslanmaz çelik, kayma yolu olarak ise 2000m seçilmiştir. Deneyler sonucunda PP ve PP+Mg(OH)2 kompozitlerin sürtünme katsayısı ve spesifik aşınma oranları belirlenmiştir. Deneylerde sürtünme katsayısı ve aşınma oranına Mg(OH)2 katkı oranının etkisi ile uygulanan yükün ve kayma hızının etkisi araştırılmıştır. Deneylerde saf PP polimer malzemesine ilave edilen Mg(OH)₂ katkısı ile uygulanan tüm hız ve yüklerde saf PP malzemesine göre aşınma oranının azaldığı belirlenmiştir. Mg(OH)₂ katkı oranının %2'den %10'a çıkarılması ile PP+Mg(OH)2 kompozitlerin spesifik aşınma oranının arttığı tespit edilmiştir. Kayma hızının 0.5 m/s'den 3.0m/s'ye artırılmasıyla spesifik aşınma oranı ve sürtünme katsayısının tüm malzeme gruplarında arttığı belirlenirken uygulanan yükün 5N'dan15N'a artırılmasıyla aşınma oranının azaldığı fakat sürtünme katsayısının arttığı tespit edilmiştir. Çalışmada en düşük aşınma oranı ve sürtünme katsayısı 50nm partikül boyutuna sahip PP+Mg(OH)₂ kompozitinde tespit edilmiştir. En yüksek spesifik aşınma oranı ise 5,31x10-14 m2/N değeri ile 1.5µm ile 2.6µm partikül boyutuna sahip PP+%10Mg(OH)₂ kompozitinde elde edilirken en düşük aşınma oranı tüm partikül boyutları için 5,49x10-15 m2/N değeri ile PP+%2Mg(OH)₂ kompozitinde elde edilmiştir. PP+Mg(OH)2 kompozit malzemelerin aşınma yüzey görüntüleri ise optik mikroskop kullanılarak incelenmiştir.

In this study, the abrasion and friction performances of pure polypropylene (PP) polymer and magnesium hydroxide filled polypropylene composites in different ratios (2wt.%, 4wt.%, 6wt.% and 10wt.%) and with different particle sizes (50nm, 1.5µm, 2.6µm) were investigated. Tribological experiments were carried out in pin-on-disc wear test device at room temperature under dry sliding conditions. The experiments were carried out under different loads such as 5N, 10N and 15N and at different sliding speeds such as 0.5, 1.0, 2.0 and 3.0 m/s. AISI 316L stainless steel was chosen as the counter disc material and 2000 m was chosen as sliding distance. As a result of the experiments, friction coefficient and specific wear rates of PP and PP composites were determined. In the experiments, the effect of Mg(OH)2 filler addition, applied load and sliding speed on the coefficient of friction and specific wear rate were investigated. When compared with pure PP material in the experiments, it was determined that the specific wear rate of Mg(OH)₂ filled PP composites decreased at all sliding speeds and applied load values. It was determined that the specific wear rate of PP+Mg(OH)2 composites increased by increasing Mg(OH)₂ filler addition from 2wt.% to 10wt.%. It was determined that by increasing the sliding speed from 0.5 m/s to 3.0 m/s, the specific wear rate and friction coefficient increased in all material groups, while increasing the applied load from 5N to 15N, the wear rate decreased but the friction coefficient increased. The lowest specific wear rate and coefficient of friction in the study were determined in the PP+Mg(OH)2 composite with a particle size of 50nm. The highest specific wear rate is obtained in PP+10wt.%Mg(OH)2 composite with a particle size of 1.5 µm and 2.6µm with a value of 5.31x10-14 m2/N, while the lowest wear rate is PP+2wt.%Mg(OH)₂ composite was obtained with the value of 5.49x10-15 m2/N. Worn surface images of pure PP and Mg(OH)2 filled PP composites were examined using an optical microscope.