Karbon elyaf takviyeli termoplastik karmaların üretimi ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Günümüzde karma malzemelerin üretiminde boyutsal ve şekilsel özellikleri çok farklı takviye malzemeleri kullanılmaktadır. Tüm bu takviye malzemeleri içinde karbon elyaf yüksek dayanım ve yüksek modül özellikleri sayesinde karma malzemelere çok iyi performans özellikleri sağlaması açısından göze çarpmaktadır.Bu çalışmada kısa karbon elyaf takviyeli termoplastik matrisli karma malzemeler ekstrüzyon ile harmanlama ve enjeksiyon ile kalıplama yöntemleri kullanılarak üretilmişlerdir ve özellikleri incelenmiştir. Termoplastik matris malzemesi olarak polipropilen (PP), maleik anhidrit aşılanmış polipropilen (MAH-g-PP), poliamid 6 (PA6) ve polifenilensülfür (PPS) kullanılmıştır. Takviye malzemesi olarak ise karbon elyaf ve yüzey kimyasalı bağlanmış olmak üzere iki çeşit karbon elyaf kullanılmıştır. Karmaların üretiminde kullanılan kısa karbon elyaf, sürekli karbon elyaftan üç farklı boyda kesilerek hazırlanmıştır ve polimerik matrise ağırlıkça % 2-4-6-8-20 olmak üzere beş farklı yükleme oranında karbon elyaf eklenmiştir. Hazırlanan karma malzemelerin karakterizasyonu için çekme ve sertlik testleri yapılmıştır. Karmaların ısıl özelliklerin belirlenmesi için diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve yüzeylerinin karakterizasyonu için ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Ayrıca polipropilen ile hazırlanan karmalardaki elyaf boyu dağılımı optik mikroskop görüntü analizi ile yapılmıştır. Çalışma sonucunda, genel olarak artan karbon elyaf oranıyla tüm karmaların kopma dayanımı, modül ve sertlik değerlerinin arttığı, kopma uzaması ve kristalinite değerlerinin azaldığı görülmüştür. Karbon elyaf takviyeli PP karmalara MAH-g-PP'nin uyumlaştırıcı olarak eklenmesi mekanik özellikleri iyileştirmiştir. Ayrıca kullanılan elyaf türünün mekanik ve morfolojik özellikleri çok fazla etkilemediği bu nedenle PP, PA6 ve PPS ortamlı karmalarda yüzey kimyasalı bağlanmış karbon elyaf yerine karbon elyafın kullanılması önerilmiştir.

Nowadays there are currently many types of reinforcing fillers used in production of composite materials. Carbon fibers have excellent properties and they offer the best performance for all reinforcing fillers.The aim of this study is to develop short carbon fiber reinforced thermoplastic composites materials by applying conventional polymer processing methods such as twin screw compounding and subsequent injection molding. The materials employed in this investigation were polypropylene (PP), maleic anhydride-grafted polypropylene (PP-g-MAH), poliamide 6 (PA6) and poly (phenylenesulfide) (PPS). Two types of carbon fibers, which are unsized and sized, were used as reinforcing materials. The carbon fiber loading level was changed as 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, and 20% by weight and these carbon fibers were prepared by chopping them in three different sizes. In order to determine mechanical properties of the composite materials, tensile and hardness tests were performed. Thermal properties of composite materials were analyzed by using differential scanning calorimetry (DSC). The fracture surfaces of the composite materials were examined by using scanning electron microscopy (SEM). Also fiber length distribution of PP ? carbon fiber composites was investigated by an image analyzing program. As a result, it is found that generally tensile strength at fracture, modulus and hardness values of composites increased with increasing carbon fiber loading level. Besides, ?crystalinity? and ?tensile strain at break? values decreased with increasing carbon fiber loading level. Using MAH-g-PP as a compatibilizer enhanced the mechanical properties. Also, it is observed that carbon fiber type and length did not affect the mechanical and morphological properties of composites significantly. As a result, using unsized carbon fiber instead of sized carbon fiber with PP, PA6 and PPS matrices is suggested.