Nanopartikül takviyeli XPS ve EPS kompozitlerin üretimi ve mekanik özelliklerin incelenmesi

Abstract

Günümüzde nanopartikül takviyeli kompozitlerin endüstriyel kullanımı giderek artmaktadır. Kompozitlerin kullanıldığı alanlardan biri de yalıtım malzemeleridir. Eklenen farklı takviyelerle bu malzemelerin özellikleri geliştirilmektedir. Bu çalışmada farklı ağırlık oranlarında eklenen karbonnanotüp ve grafen takviyeleri ile polistirenden kompozitler üretilmiştir. Saf polistirene % 0,1, 0,2 ve 0,3 oranlarında nano takviyeler eklenmiş ve plastik enjeksiyon kalıplama yöntemiyle malzemeler üretilmiştir. Malzemelerin üretim aşamasında kristal polistirenler eritilip nano takviyelerle birleştirilip kalıplara dökülerek üretilm sağlanmıştır. Birleştirme esnasında malzemelerin homojen dağılımı için enjeksiyon cihazında 80 Rpm hızında 10 dakika boyunca karıştırılmıştır. Üretilen malzemeler plaka şeklinde ve 50×130 boyutlarındadır. Daha sonra kompozit malzemelere mikroyapı karakterizasyonu için SEM analizi, FTIR ve AFM, mekanik ve ısıl özelliklerin belirlenmesi için çekme ve TGA analizi yapılmıştır. Malzemelerin molekül yapıları incelendiğinde ise iki takviye malzemesinin de saf polistirenin mikroyapısında herhangi bir değişikliğe sebep olmadığı görülmüştür. Çekme testlerinde grafen katkılı kompozitler malzemenin yüzde uzamasını ortalama %1,3 arttırmıştur. Kopma dayanımında ise saf polistirenin maksimum kopma dayanımı değerini karbonnanotüp katkılı malzemeler yaklaşık %50 oranında düşürmüştür. Yani malzeme sertleşmiştir. Polistiren matris içerisine takviye edilen grafen partikülleri tane sınırları boyunca gerilme yığılmasına neden olduğundan, saf polistirene göre maksimum kopma dayanımı değerinde yaklaşık %30 oranında azalmaya neden olmuştur. Sonuç olarak; yapılan üretim ve deneyler sonucunda, grafen katkılı kompozitler karbonnanotüp katkılı kompozitlere göre malzeme özelliklerinde daha belirgin iyileşmeler sağlamıştır.

Nowadays, the industrial use of nanoparticle-reinforced composites is steadily increasing. One of the areas where composites are used is insulation materials. The properties of these materials are improved with different supplements added. In this study, polystyrene composites were produced with added carbonnanotube and graphene additives at different weight ratios. Nano reinforcements were added to pure polystyrene in 0,1%, 0,2% and 0,3% and plastic injection materials were produced. During the production phase of the materials, Crystal polystyrenes are melted and combined with nano reinforcements and poured into moulds. During the merge, a homogeneous distribution of the materials for 80 At Rpm it has been stirred up for 10 minutes. The materials produced are plate-shaped 50×130 mm in size. SEM analysis for microstructure characterization of composite materials, FTIR and AFM, tensile and TGA analysis for determination of mechanical and thermal properties were performed. When the molecular structures of the materials were examined, it was observed that both reinforcing materials did not cause any change in the microstructure of pure polysytrene. In tensile tests, graphene-doped composites increased the percent elongation of the material by an average of 1,3 %. In break strength, the maximum break strength value of pure polystyrene was reduced by about 50 % by carbonnanotube doped materials. So the material is hardened. Since graphene particles reinforced into the polystyrene Matrix caused stress build-up along the grain boundaries, it resulted in a reduction in the maximum break strength value relative to pure polystyrene by about 30 %. Consequently, as a result of production and experiments, graphene-doped composites achieved more significant improvements in material properties than carbonnanotube-doped composites.