kompozit malzemelerde alev in saglanmasi

7/31/2019 Kompozit Malzemelerde Alev in Saglanmasi

1/45

1

1. KOMPOZT MALZEMELER

Kompozit malzemeler, birbirinden ayr iki ya da daha fazla malzemenin makroseviyede bir araya gelmesiyle oluturulan ve meydana geldii malzemelerden farkl

zellikler gsteren yeni tr malzemelere denir. Kompozitlerin, bileiklerden ve

alamlardan fark, yapy oluturan bileenlerin birbirleri ierisinde znmemeleri,

kimyasal reaksiyona girmemeleridir. Kompozit malzemeler genellikle tayc grev

yapan dal faz (takviye malzemesi-reinforcement) ve bunlarn etrafn sarp bir arada

tutmaya ve desteklemeye yarayan matris faz olmak zere iki grup maddeden oluur

ve matris ve takviye ksmlarnn arasnda bir ara faz (interphase) bulunur. Takviye

ksm sreksiz, sert ve daha kuvvetli iken matris ksm daha az sert, daha zayf ve

sreklidir. Bu iki malzeme grubundan, takviye malzemesi kompozit malzemenin

mukavemet ve yk tama zelliini, matris malzeme ise plastik deformasyona geite

oluabilecek atlak ilerlemelerini nleyici rol oynamakta ve kompozit malzemenin

kopmasn geciktirmektedir. Kompozit malzemelerin oluturulmasndaki ama

kullanlan malzemelerin zelliklerinden faydalanarak kullanm amacna uygun farkl

zelliklere sahip gl malzemeler elde etmektir. Bu malzemeler makro boyutta

birleerek olutuklarndan mikroskobik boyutta heterojen ancak makroskobik boyutta

homojen bir malzeme gibi davranmaktadr. Bu maddeler birbirlerinden farkl fiziksel

zelliklere sahiptir, ve bir araya getirilmeleri ile oluan kompozit malzeme her ikisinden

farkl zelliklere sahiptir.

Kompozitlerde matris olarak kullanlan malzemeler :

Polimerler (termosetler ve termoplastikler)Metaller

Seramikler

1.2.Kompozit Malzemelerin Temel zellikleri

Salamlk ve Hafiflik: Kompozit malzemeler trlerine gre cm3e karlk gelen1,5 ile 4,5 gram arasndaki younluklarda hafif malzemelerdir. Kompozit

malzemelerde nemli olan stn salamla karlk hafif bir arlk oran
http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fiziksel_%C3%B6zellik&action=edit&redlink=1http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fiziksel_%C3%B6zellik&action=edit&redlink=1http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fiziksel_%C3%B6zellik&action=edit&redlink=1http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fiziksel_%C3%B6zellik&action=edit&redlink=1


2/45


3/45

3

ekil-1:El yatrma yntemi ematik gsterimi

El yatrma prosesi iin gerekli kalp tasarm, dier retim prosesleriyle

karlatrldnda ok basittir. nk, proses ounlukla oda scaklnda ve dk

basn kr artlar gerektirir. elik, tahta, cam takviyeli plastik ve dier maddeler kalp

malzemesi olarak kullanlabilir. Kalp dii veya erkek kalp olabilir. Kvet yapmnda

bir erkek kalp kullanlr. Tekne endstrisinde, yat gvdelerinin yapm iin, tek ynlcam takviyeli plastikten yaplm dii kalp kullanlr. Kalbn d kabuu, ahap bir

iskelet ile sertletirilir(2).

1.3.2. Pskrtme(Spray Up) Yntemi

Pskrtme prosesi el yatrma prosesi ile benzerdir. Reine ile lifin, kalp zerine

uygulanma metodu farkldr. El yatrma prosesi emek youndur. nk takviye ve

reine malzeme manuel olarak uygulanr. Pskrtme prosesinde ise, reine ve takviye

malzemeler, bir sprey tabancas kullanlarak, saatte 1000 1800 libre ( 450 kg- 800 kg)

kapasite ile uygulanr. Bu proseste kesikli cam lifi ve reine / katalizr kalp zerine

biriktirilir. Tabanca es zamanl olarak filament lif eritlerini belirlenen uzunluklarda

(20-40 mm) keser ve lifi reine / katalizr arasndan kalba sevk eder. Pskrtme

prosesi, el yatrma prosesinden ok hzldr ve daha ucuz bir seenektir. nk cam

lifinin pahal olmayan bir formu olan eritlerden faydalanmaktadr(2).


4/45

4

ekil-2:Pskrtme yntemi ematik gsterimi

1.3.3.Elyaf Sarma Yntemi

Bu yntem zel biime sahip rnlerin seri retimine uygundur. Elyaf sarma yntemi

srekli elyaf liflerinin reine ile slatldktan sonra bir makaradan ekilerek dnen bir

kalp zerine sarlmasdr. Srekli liflerin farkl alarla kalba sarlmasyla farkl

mekanik zelliklerde rnler elde edilebilir. Yeterli sayda elyaf katininsarlmasndan

sonra rn sertleir. Ardndan dner kalp ayrlr. Bu yntemle yaplan rnler

genellikle silindirik, borular, araba aftlar, uak su tanklar, yat direkleri, dairesel

basn tanklardr(2).

ekil-3:Elyaf sarma yntemi ematik gsterimi


5/45

5

1.3.4.Pultrzyon retim Yntemi

Bu yntem zel biime sahip rnlerin seri retimine uygundur. Elyaf sarma yntemi

srekli elyaf liflerinin reine ile slatldktan sonra bir makaradan ekilerek dnen bir

kalp zerine sarlmasdr. Srekli liflerin farkl alarla kalba sarlmasyla farkl

mekanik zelliklerde rnler elde edilebilir. Yeterli sayda elyaf katininsarlmasndan

sonra rn sertleir. Ardndan dner kalp ayrlr. Bu yntemle yaplan rnler

genellikle silindirik, borular, araba aftlar, uak su tanklar, yat direkleri, dairesel

basn tanklardr(2).

ekil-4:Pultrzyon retim yntemi ematik gsterimi

1.3.5. Vakum Altnda ekillendirmePrepreg katlar veya plakalar preslenmeden ekillendirilebilir.Kompozit malzeme(genellikle geni sandvi yaplar) nce bir kalba yerletirilir, ardndan bir vakum

torbas en st katman olarak yerletirilir. erideki havann emilmesiyle vakumtorbas,

yatrlan malzemenin zerine 1 atmosferlik basn uygulayarak aaya ekilir. Sonraki

aamada tm bileim bir frna yerletirilerek reinenin kr ilemi iin stlr. Yaklak

1 saat zaman alr. Bu yntem sklkla prepreg malzemelerden kompleksparalarnretiminde kullanlr. Kompozit malzeme tamir ilemlerinde de bu yntem

kullanlmaktadr(2).


6/45

6

ekil-5:Vakum altnda ekillendirme yntemi ematik gsterimi

1.3.6. Ekstrzyon retim Yntemi

Plastik esasl kompozit retim yntemleri iinde en ok kullanlan proseslerde biri olan

ekstrzyon yntemi aada ematik olarak gsterilmitir. Granl ya da toz halindeki

plastik ve hacimsel olarak oranlanm elyaf besleyici niteden atlr.Kovann iinde mil

yardmyla tanr ayn esnada stc bantlar yardmyla ergitme ilemi devam

eder.Kovan iinde basn ve scakln etkisiyle kompozit oluum ergimi halde kalba

doru itilir.rn kalp iinde ekillendirildikten sonra souma nitesinden geirilerek

son eklini almas salanr(2).

ekil-6:Boru ekstrzyon nitesi


7/45

7

1.3.7.Enjeksiyon retim Yntemi

Plastik enjeksiyonu ksaca; en az iki paradan oluan ve iki para arasnda kalpboluu

denilen bir bolua sahip bir kalbn, kalp boluuna ergimi plastiin belli birbasnta

enjekte edilmesi ve souyup katlatktan sonra kalbn alarak parann kalptan

alnmas ilemi olarak ifade edilebilir.Bu ilemin en nemli avantajlarnn banda, seri

imalata ve otomasyona uygunluu gelmektedir. Ayrca kompleks yapdaki paralar ok

hzl olarak imal edilebilmekte, birok durumda da ek bir ilem gerektirmemektedir.

Oyuncaklar, otomobil paralar, ev eyalar, eitli elektronik paralar gibi gnlk

hayatta karlatmz plastik rnlerin birou plastik enjeksiyon yntemi ile

retilmilerdir(2).

ekil-7:Enjeksiyon retim Yntemiematik gsterimi

1.4.Kompozit Malzemelerin Avantajlar ve Dezavantajlar

Kompozit malzemelerin avantajlar

Yksek dayankllk/younluk oran Yksek modls/arlk oran Kimyasallara, korozyona ve hava artlarna dayankllk Farkl mekanik zellikler elde etmek iin farkl katmanlarda ve farkl

kombinasyonlarla yeni malzeme ina edebilme


8/45

8

Karmak paralarn tek olarak retilebilmesi sayesinde para saysnnbylelikle retim sresinin ksalmas

Uzun yorulma mr Dk sl genleme katsays

Kompozit malzemelerin dezavantajlar

Hammaddeleri pahaldr. Raf mrleri snrldr. Baz trlerin soutularak saklanmas gerekir. Krlgan (gevrek) malzeme olmalarndan dolay kolaylkla zarar grebilirler. Malzemenin kalitesi retim yntemlerine baldr, standartlam bir kalite

yoktur.

Deiik dorultularda deiik zellikler gsterebilirler. Malzemelerin iindeki hava zerrecikleri, malzemenin yorulma zelliklerini

olumsuz ynde etkiler.

ekme, basma, kesme tr operasyonlar liflerde almaya neden olduundan,bu tr malzemelerde hassas imalattan sz edilemez.

2. NANOKOMPOZT MALZEMELER

Nanokompozitler ise bir matris ierisinde nanometre (10-9 m) byklnde

paracklarn dalmas ile oluan malzemelerdir. Nanoparacklarn ilavesi ile

rnlerde a ve aleve diren, gl mekaniksel ve sl performans ile gazlara kar

yksek bariyer zellikleri salanmaktadr. Nano materyaller bir, iki veya boyutlu

olabilmektedirler. Tek boyutlu nanomateryaller, ok ince yzey filmleri veya

kaplamalar (2-3 nm - < 100 nm arasnda deiebilmektedir) alannda

kullanlabilmektedir. ki boyutlu nanomateryaller, nanolif veya karbon nanotpleri

kapsamaktadr. Havaclk, uzay gemileri, otomobil endstrisi ve balistik tekstillerdekullanm iin son derece yksek mukavemete sahip nanokompozit retiminde

kullanlmaktadr. boyutlu yapdaki nano materyaller (nanoslika ve nanoalmina

gibi) yumuatma, antimikrobiyal, ya ve kir iticilik bitim ilemleri, g tutuurluk gibi

ok geni bir yelpazede kullanlmaktadr. Titanyumdioksit, alminyum oksit, inko

oksit ve magnezyum oksitin sentetik lifler iine ilave edilmesiyle fotokatalitik etki, UV

absorblama, elektriksel iletkenlik ve fotooksidasyon etkilerine sahiptirler. Metal

oksitlerin nanopartikllerine ilikin yaplan youn almalar askeri alanda ve insan


9/45

9

sal alannda kullanmlar zerinde younlamtr. Bunlar arasnda antimikrobiyal

zellik, kendi kendini temizleyebilme ve UV koruma saylabilmektedir. rnein dolgu

materyali olarak ZnO kullanlan naylon liflerinin etkili bir UV koruma yannda

antistatik zellik de kazand ifade edilmektedir. Bu durum kir iticilik ilemlerinde de

avantaj olarak karmza kmaktadr. TiO2/MgO nanopartiklleri ile retilen kompozit

lifler kendi kendini sterilize etme zeliine sahiptir [3] .

2.1. Nanomalzemelerin retim Yntemleri

Nano yapl malzemeleriretmede buhar, sv ve kat fazdan balayan farkl hazrlama

metotlar bulunmaktadr.

2.1.1.Buhar Fazndan retim Yntemleri

Asal Gaz younlamas

Fiziksel Buharktrme (PVD)

Kimyasal Buhar ktrme (CVD)

Plazma Faz Sentezleme

Asal Gaz Younlamas

Gaz younlamas, ok ince taneli veya amorf alamlar, altlk scakl ve dier

operasyon koullarna bal olarak kullanlan retim metoduolduu bilinmektedir. Bu

metot metalin, nce 10-7 torr vakum altndabulunan ve daha sonra dk basnta asal

gazla tekrar doldurulmu bir odackta, buharlatrlmasn kapsar. Buharlaan atomlar

odack ierisinde gaz atomlar ile arpr, kinetik enerjilerini kaybeder daha dk

gl, kk farkl formda younlarlar.

Fiziksel Buhar ktrme (PVD)

Fiziksel Buhar Depolama (PVD) prosesi, kat veya sv kaynaktan malzemenin buhartanmn (genellikle vakum altnda) kullanarak hedefin zerine kaplama yapmaktr.

PVD ok ynl bir retim yntemidir ve proses artlarn dikkatle kontrol altnda

tutulmas kouluyla atomik veyananometre boyutunda ince filmler hazrlanabilir. PVD,

buharlama, sanm, lazer stma veya iyon demeti gibi buhar faz trlerinin

oluturulmasn ierir.Oluan buhar faz arpma ve iyonlama evrelerini geirdikten

sonra numune zerine younlarlar ve bunu ekirdeklenme ve byme prosesleri takip

eder.


10/45

10

Dier taraftan, sanm, refrakter metaller ve seramiklergibi yksek ergime noktasna

sahip ve termal buharlama ile retimi ok zor olan malzemelerin tabakalarnn

olumasnda kullanlr.

Kimyasal Buhar ktrme (CVD)

Uygulamalar arasnda en ok yzeye ince film kaplama ilemi iin kullanlr ama

yksek saflkta ktlesel malzeme ve toz retiminde de kullanlr. CVD prosesinde

malzeme veya kimyasal bileiklerbuharlatrlr ve bunlar scak yzeyler zerinde

ayrtrlr. Dorudan depolama veya buharlatrlan malzemeden farkl yeni bir rn

elde etmek iin kimyasal reaksiyonla depolama eklinde de olabilir. Kimyasal

reaksiyonlar, scak yzeylerin zerinde veya yaknnda meydana gelirve rnler, yzey

zerine ince film olarak depolanr.

Plazma Faz Sentezleme

Plazma faz sentezleme iin gazn yksek iyonize olmu formu olan plazma faz

gerekmektedir. yonize gazlarn varl, reaksiyon kinetiinin ok artran elektrik

iletimine yardmc olmaktadr.

Plazmalar temel olarak ikiye ayrlr:

scak (dengede) plazmalar

souk (dengede olmayan) plazmalar.

Plazma sentezleme reaktrlerinin dizayn, tepkime ortam olarak kullanlan plazmann

tipine baldr. Hotplazmada kullanlan reaktrler, direkt akm, dalgal akm veya radyo

frekansl reaktrleri iermektedir. Souk plazma reaktrleri, radyo frekans veya

mikrodalgajeneratr olanlar kapsamaktadr.

2.1.2.Sv Fazdan retim Yntemleri

Hzl katlatrma

Elektrodepolama Sol-jel Teknii ile retim

Hidrotermal Sentez

Mikroemlsiyon Teknii

Hzl Katlatrma

Eer metalik eriyiklerin hzl katlamas srasnda soutma oran yksek deerlere

kartlrsa, katfazn ekirdeklenme orann ykseltmek (ve byme orann drmek)

mmkndr ve sonu olarak rnn tane boyutu nanometre boyutunda olacaktr.


11/45

11

Daha sk olarak nanokompozitler bu yntemle,metalik eriyiklerin hzl katlatrlmas

srasnda veya hzl katlatrma ile retilen metalik camlarn devitrifikasyonu ile

retilirler

Elektrodepolama

ok katl metallerin elektrodepolanmas, iki veya daha fazla elektrolit kullanlarak

hareketlendirerek ve elektriksel artlar dzgn kontrol ederek elde edilebilir. Ayn

zamanda boyutlu nanoyapl kristallerde bu metodu kullanarak elde edilebilir.

Prosesler saf metal, alam ve kompozitleri elde etmek iin uygulanabilir, yksek retim

oranlarna sahiptir.

Sol-Jel Teknii ile retim

Sol-gel prosesi, kolloidal solsyon (sol) oluumu iin alarn geliimi ve solun

jelleerek devaml sv faz (jel)ierisinde a oluturmasn kapsar.

Sol jel ynteminde metal alkoksit bileikleri su ile hidroliz edilir ve hidroliz edilen bu

trlerin

kondensayonu sonucunda metal alkoksit nanoparacklar oluur elde edilen kelek

ykanp kurutulduktan sonra yksekscaklklarda kalsine edilerek kristal yapdaki metal

alkoksitlere dntrlr.

Hidrotermal Sentez

Reaktanlar, kapal bir kap ierisinde suda veya baka bir zcde zlr.

Bomba kaynama noktaszerinde stlr.

Mikroemlsiyon Teknii

Ayn ve istenilen boyutta metal, yar iletken vemetal oksit paracklarnn hazrlanmas

su ya (W/O) mikro emlsiyonlarnn kullanlmas ile mmkndr.

W/O mikro emlsiyonlarnda nanoboyuttaki sudamlalar ya iinde eitli yzey aktif

maddeler kullanlarak kararl hale getirilir.

2.1.3.Kat Fazdan retim Yntemleri Mekanik Andrma

Devitrifikasyon

Mekanik Andrma

Kat halden balayarak nanokristalli malzemelerin prosesi/sentezi, byk miktarlarda

retim olaslsalad iin popler bir metotolmutur.

Mekanik andrma, birok plastik deformasyonun sonucu olarak iri tanelerin yapsal

dekompozisyonu ile nanoyapl malzemeleri retmedekullanlr.


12/45

12

Mekanik andrma, yksek enerjili deirmenlerdeki toz partikllerin tekrarlanan

birleme, krlma ve tekrarbirleme ilemlerini kapsar.

Bu proseslerle saf metallerde, intermetalik bileenlerde ve karmaz alam

sistemlerinde nanokristalli yaplarelde edilir.

Devitrifikasyon

Hzl katlatrma, mekanik andrma, elektrodepolama ve buhar depolama gibi birok

proses, amorf (cams) alamlar oluturabilir.

Bu amorf alamlarn kontroll kristalizasyonu (ekirdeklenme orann artrarak ve

byme orannazaltarak) nanoyapl malzemelerin sentezlenmesindekullanlr.

Manyetik malzemelerin sentezlenmesinde en ok kullanlan ortak metot, eriyik

kompozisyonu hzlkatlatrma ile amorf faz elde etmek ve daha dk scaklklarda

cams faz kristallendirmektir.[1]

ekil 8:Farkl nanokompozit yaplar:

a) Konvansiyonel faz-ayrml mikrokompozit,

b) Sral ekilde araya eklenmi kompozit,

c) Pullar halinde dklm nanokompozit. [4]

a b


13/45

13

3.POLMERK NANOKOMPOZTLER

Kompozit malzemelerde polimer esasl matrislerin yan sra metal, seramik trevi

malzemeler de matris olarak kullanlmaktadr. Dier matrislerin kullanlmasna ramen

kompozit malzemelerin % 90 polimer esasl matrislerle retilmektedir.Polimerlerin

kullanm alanlarnn eitlenerek artmas dolaysyla kullanmlarnn gerektirdii

mekanik, sl ve elektriksel zellikleri salayan polimerlerin gelitirilmesi ya da mevcut

polimerlerin katk maddeleri ile istenilen zelliklere getirilmesi nem kazanm ve bu

ynde yaplan almalar artmtr . Polimerler genel olarak fiberler ve tanecikler ile

takviye edilmektedir. Fiber takviyeli polimerik kompozit yaplarda, polimer matrisler

eitli ekillere sahip fiberler ile takviye edilebilmektedir. Fakat gnmzde polimer

matrisler nano boyutlara sahip tanecikler ile de takviye edilmeye balanm ve elde

edilen kompozit malzemeler polimerik nanokompozitler olarak adlandrlmtr. Dolgu

paracklarnn nanometrik boyutlarndan dolay nanokompozitler yksek alan/hacim

oranlarnasahiptir ve ok dk kil younluklarnda bile fazlar aras etkileim alan ok

geni olduundan fiziksel ve mekanik zelliklerinde ok nemli artlar

grlebilmektedir. Endstriyel termoplastik ve termoset polimerlerin

nanokompozitlerinin gelitirilmesi iin aratrma almalar, hzla artarak devam

etmektedir. zellikle poliolefinler (PE, PP) gibi apolar yapl polimerlerin

nanokompozitlerinin hazrlanmasnda byk zorluklar bulunmaktadr.


14/45

14

ekil-9:Kil tanecikleri takviye edilmi polimerik kompozit yap

Polimer matrisli nanokompozit malzeme retmek amacyla eitli retim yntemleri

zerinde nemli almalar srdrlmektedir. Bunlar, eriyik harmanlama, yerinde

polimerizasyon ve dier tekniklerdir. Bu yntemlerden her biri, amalanan kompozit


15/45

15

zelliklerine ve retim verimliliine uygun olarak tercih edilir. Birok aratrmac

tarafndan genellikle eriyik harmanlama, ekstruzyon ve basnl kalplama

yntemlerinin birleimi genel olarak tercih edilmektedir. stenen zellikte polimer

matrisli nanokompozit numune elde edebilmenin n koulu taneciklerin matris

ierisinde dzenli dalm olmalardr. Polimerik nanokompozit malzeme retebilmek

iin, polimer matrisin nano boyuttaki eitli malzemeler ile takviye edilebileceinden

yukarda bahsedilmiti. rnein, doal olarak tabakal yapda olan kilin polimer iinde

datlabilmesi nedeniyle ok iyi katk malzemesi olabilecekleri anlalmtr. Bylece

kil/polimer nanokompozitlerin hazrlanmas, karakterizasyonlar ve zelliklerinin

belirlenmesi ile ilgili almalar balamtr. Kil taneciklerle takviye edilmi polimerik

kompozit yap Sekil 9dagsterilmitir. Geleneksel kompozitlerde polimer kilin birim

hcre aralna ok girmez. Tabakalanm nanokompozit tipinde polimer matrisi iine

eklenen organokiller kristalografik olarak grnr. Bu tur nanokompozitlerde polimerin

bir veya birka molekler tabakas kilin basal aralna girer. Ayrlm tabakal

nanokompozitlerde silikat tabakalar polimer matrisinde tek tek disperse olmular, pul

pul dalmlardr. Kilin kristal tabakalar tamamen polimer matrisi iinde dalr.

3.1.Polimerik Nanokompozitlerin Kullanm Alanlar

Gnmzde kaynaklar her gecen gn azalan doal malzemelere alternatif olanpolimerler yaygn bir uygulama alanna sahiptirler. Polimerlerin islenme kolayl,

mekanik davranlar, esnek yaplar ve dk younlua sahip olmalar nemli

avantajlardr.Polimerik nanokompozitlerin kullanld eitli alanlar ekil-10da

gsterilmitir.


16/45

16

ekil-10:Polimerik nanokompozitlerin kullanmalanlar

Polimerik kompozitler daha ok elektronik elemanlar, otomotiv sanayi, uak sanayi

alanlarnda kullanlmaktadr. rnein, elektronik elemanlarda kullanlan polimerlerin

yksek sl iletkenlie sahip olmalar istenmektedir, bu yzden sl iletken olan

polimerler zerine almalar yaplmaktadr. lk defa Toyota aratrma laboratuarlarnda

polimerizasyon ile birletirilen kil-polimer nanokompozitleri organik ve mineral

malzemeler saf polimerlere gre ok daha ustun mekanik ve termal zellikler

gstermilerdir. Yaplan birok alma sonucunda, polimerik nanokompozitler

gnmzde otomobillerde kullanlmaya balanmtr. ok dk dolgu maddesi ierikli

malzemelerde geleneksel talk dolgulu kompozitlere gre 10 kat daha hafif ve 10 kat

daha mukavemetli durumdadr. Bu nemli zellik bu malzemeleri otomotiv iin ok


17/45

17

uygun klmaktadr. Polimerler yaltkan malzemeler olmasna ramen, son zamanlarda

polimer matris ierisine iletken tanecikler katlarak elde edilen baz iletken polimerik

nanokompozitler gelitirilmitir. iletkenpolimerlerin yaygn olarak kullanld alanlar;

sarj olabilen pil yapm, elektronik alet (transistor,kapasitor, sensor) yapm, iyon secici

elektrot yapm, korozyon onleme, biyokimyasal analizler, foto elektrokimyasal hcreler

ve elektroreolojik almalardr.

Salk sektrnde de youn bir ekilde polimerik nanokompozit gelitirme ve kullanm

zerine aratrmalar yaplmaktadr. N-zopropil akril amid proteinler, DNA, RNA gibi

biyomolekllerin ayrlmas ve saflatrlmas, eitli enzimlerin immobilizasyonu

amacyla da kullanlmaktadr. lkemizde nanoteknoloji en ok bu tur akll polimer

olarak adlandrlabilen polimerleri gelitirme, akll molekllerle tepkime turunu kontrol

altnda tutma seklinde gelimektedir. Baz aratrclar da nano tanecik seklinde

polimerleri hazrlayarak gen tedavisinde kullanlabilmesini hedeflemektedirler (7).

4.ALEVE DAYANIMLI POLMER KOMPOZTLER

Plastik malzemeden kaynaklanan yangnlarn azaltlmas, zellikle son yllarda yaplan

aratrmalarda incelenen bir konu. Sanayide bugn alev geciktirici zellikte bir ok

farkl yapda kimyasal malzemeler bulunuyor. Plastik malzemeler iin alev

geciktiricilik, hem akademik hem de endstriyel alanda ele alnan nemli konulardan

biridir. Gnmzde termoplastik, termoset gibi polimerler sklkla kullanm alan

bulmaktadr. Etrafmza baktmzda, poliretan (PU) kpklerden tutun da

polietilenden (PE) mamul poetler, polipropilenden (PP) retilen kaplar vb. gibi bir ok

polimerik malzeme ile karlamakmmkndr. Bu kadar yaygn kullanma sahip olan

bu malzemelerin yanmaya kar direnli olmas olduka nemlidir.

Alev geciktiricilik (FR, flame retardancy) sayesinde polimer malzemenin yangna kar

dayankl hale getirilmesi ile bu polimer yangnlar sonucu ortaya kan zararlar

engellenmeye allmtr.Genel anlamda polimerlere alev geciktiricilik zellii:


18/45


19/45

19

kimyasal adanincelendiinde alevlenmenin, alev kaynaklar gibi polimerikolmayan

kaynaklardan olutuu, alevlenmenin ilerlemesinin de polimerik malzemelerden dolay

ileri geldii grlmektedir(4).

Polimerlerin yanma prosesi aadaki basamaklarla gereklemektedir.

Polimerin snmas

Termal bozunma (piroliz)

Tutusma

Yanma

Bu sistemde polimer bozunaca scakla kadar sya maruz brakldnda genellikle

aa kan ilk gaz rnler yanc nitelikte olmaktadr. Bu rnler daha sonra alev

blgesine, yani yanan polimerin st blgesine difzlenmektedir. Eer bir alev kayna

da bulunuyorsa, gaz faznda bu rnler yanmaya balayarak daha yksek miktarda s

aa karmaktadrlar. Yanma prosesi yatkn halde kabul edilirse, snn bir

blmnn polimere geri aktarld ve bu durumun daha uucu rnlerin ksna

neden olduu ve bylece yanma dngsn destekledii dnlmektedir.

ekil-11: Polimerik malzemelerde yanma prosesi(5).

4.2.Polimerlerin Alevlenmesinin Geciktirilmesi

Genel olarak ou polimerik malzeme aleve kars dayankszdr. Polimerlerin aleve

dayanmn artrmak iin gnmzde eitli yntemler uygulanabilmektedir. Malzemeye

kazandrlan bu zelliklerden olan aleve kars dayankl veyayanmaya kars direnli ve

yanmaz tanmlar arasnda birtakm farklarbulunmaktadr.Yanmaz malzeme olarak

tanmlanan rnler alevden hibir koulda etkilenmeyen rnler olarak tanmlanrlar.Bu

tr malzemelerin alevin etkilerinden dolay hibir fiziksel ve kimyasal zellii deiim


20/45

20

gstermez.Aleve dayankl veya yanmaya direnli malzemelerin ise alevlenebilirlii ve

yanma hz belli oranlarda drlmtr. Buna karn bu malzemeler aleve kar tam

bir koruma gsteremezler. Gnmzde aleve kar olan direncin artrlmas iin

kullanlan kimyasallarn banda halojen, fosfor, bor, azot, alminyum, magnezyum,

kkrt, silikon ve antimon gibi kimyasallar gelmektedir. Bunlarn ierisinde ise, yaygn

olarak halojen ve fosfor ierikli bileikler kullanlmakla beraber baka alternatif

kimyasallara da ynelmeler olmaktadr. Bununla birlikte, polimerler yapsal

modifikasyonla doal olarak da alevlenmeye dayankl hale getirilebilmektedir.

Polimerlerin bozunmasnda polimerin ana zincirine bal elementlerin pay byktr.

Ayrca halkal yaplarn dnda kalanatomlar zerindeki hidrojenlerin says azaldka

aleve kars dayankllk da o oranda artmaktadr. Alevlenmenin geciktirilmesi amal

kullanlan kimyasallar bazlar salk ve evre rgtlerinin almalar sonucu

hkmetler tarafndan yasaklanmtr.rnein Amerikada halojen ierikli

kimyasallarn kullanlmas snrlandrlm ve hatta baz alanlarda tamamen

yasaklanmtr. Alevlenmeyi geciktirici kimyasallar kumalardan plastiklere kadar

birok trde malzemeye uygulanabilmektedir. Bununla beraber her malzemenin fiziksel

ve kimyasal zellikleri birbirinden farkl olduundan en iyi sonucu almak iin

malzemenin yapsna en uygun olan kimyasal kullanmann gereklilii ortaya

kmaktadr(6).

4.3. Alevlenmeyi Geciktiricilerin Etki Mekanizmas

Temel olarak polimerlerin yanmasn engellemede kullanlan 2 tr mekanizma vardr:

kat faz reaksiyonu ve buhar faz reaksiyonu.Kat faz reaksiyonlarnda, dk

younluklu, youn gzenekli kmr tabakas aleve dayankllk iin en ok istenen

zelliklerdendir. Kmrleen tabaka polimeri alevin ssndan koruyarak bir izolasyon

grevi grmekte, ayrca baka yanc rnlerin olumasn engelleyerek yanmannilerlemesinin nne gemektedir. Polimerlerin yanma prosesinde nemli olan bir dier

faktr ise, gaz rnlerin net yanma ssdr;yani yanma dngs ierinde dar salnan

snn polimerin ilk yanma basamana ulamas iin gereken sdan karlmas ile

tanmlanansdr. Bu yzden, eer sistem su veya yanmayan baz gazlar ieriyorsa ya

da termal bozunma iin ok yksek oranda s almas gerekiyorsa, malzemenin

alevlenebilirlii drlebilmektedir. Bir dier alevlenmeyi geciktirici mekanizma ise

buhar faz reaksiyonlardr. Bu tr sistemlerde, reaktif gruplar, rnein brom ve klor,


21/45


22/45

22

sahiptir.norganik hidroksitler ierisinde en ok alminyum oksit trihidrat

kullanlmaktadr.norganik hidridroksitli katk maddeleri ile aleve kar dayankllk

zellii kazandrmak amacyla bu malzemelerin ktlece %50 dolaylarnda eklenmesi

uygun grlmektedir.Bu miktarda bir yklemenin yaplmasyla bozulmaya bal

olarak yanabilen maddelerin aa kmas drlmektedir.Bozunma srasnda bu tr

katk maddeleri aa kan snn emilimini salayarak bozunma scaklnn

ykselmesini nlemektedir.

4.4.2.Halojenli alevlenmeyi geciktiriciler

Alevlenmeyi geciktirici katk maddeleri kullanmnda halojen ierikli katk maddeleri

byk bir paya sahiptir. Reaktif alevlenmeyi geciktirici olarak kullanlacaksa, halojen

ierikli alkenler, sikloalkanlar ve stiren kullanlarak dorudan ilgili olan monomerle

kopolimeri hazrlanabilmektedir. Katkl alevlenmeyi geciktiriciler olarak

kullanlacaksa, organikhalojenlibileikler daha yaygn olarak fosfor bileikleriyle veya

metal hidroksitlerden zellikle antimon oksitlerlerle beraber kullanlmaktadrlar.

Halojen bileiklerinin kararll F>Cl>Br>I seklinde olduundan iyot bile ikleri

kararll dk olduundan dolay ok tercih edilmez. CF ba da ok kararl bir ba

olduundan gaz faznda etkin bir ekilde radikal durdurucu olarak grev

yapamamaktadr. Brom bileikleri ise klor bileiklerinden daha kararlolmann yansra

daha pahaldr. Genel olarak, halojenli alevlenmeyi geciktiricilerde termal bozunma

srasnda aa kan radikaller polimerle etkileerek halojenr oluturmaktadrlar.

Halojenrler alev blgesinde, H ve HO gibi radikallerle birleerek radikallerin

oluumunun ilerlemesini engellemektedir. Son yllarda evresel bilincin gelimesine

bal olarak halojen ierikli katl maddeleri terk edilerek daha az zararl malzemelerin

kulan yoluna gidilmektedir.

4.4.3.Fosfor ierikli alevlenmeyi geciktiriciler

Alevlenmeyi kazandrmak amacyla organik ve inorganik fosfor bileikleri yaygn

olarak kullanlmaktadr. Bu fosfor bileikleri arasnda elementel krmz fosfor, suda

znebilir inorganik fosfatlar, suda znmeyen amonyum polifosfat, organofosfat ve

fosfonatlar (fosfonik asitler), fosfinoksitler, kloroalifatik vebromoaromatik fosfatlardr.


23/45


24/45

24

olusumunu artrmalar, endotermikdehidrasyonla su ksna neden olmalar ve bylece

gaz fazndaki rnleri seyreltmesiyle aleve dayankl zellik kazandrdklar

anlaslmaktadr.

4.5.Polimerik Malzemelerde Kullanlan Test Yntemleri

FTIR:Bir moleklde belirli fonksiyonel gruplarn olup olmadnn

belirlenmesinde kullanlr.nfrared mas yayar(mikrodalgalar grnr

nma).Malzemedeki fonksiyonel gruplar belirli frekanslarda infrared enerji

absorbladklarndan spektrum zerinde pik veririler.

XPS:Elementler arasndaki kimyasal baa gre yap karakterizasyonu yapar

SEM:Malzemenin yzey zelliklerini inceler.Elektron masyla tarayarak

analiz yapar.Yansyan nlar katot tpnde toplanr ve taranr.SEM de grnt,yksek voltajla hzlandrlm elektronlarn numune zerine odaklanmas, bu

elektron demetinin numune yzeyinde taratlmas srasnda elektron ve numune

atomlar arasnda eitli giriimlerin uygun alglayclarla toplanmas ve sinyal

glendiricilerinden getikten sonra bir katot nlar tpnn ekranna

aktarlmasyla elde edilir.Yrnge elektronlar ile olan giriimlersonucu atlanveya enerjisi azalan demet elektronlar numune yzeyine toplanr. Bu elektronlar

ikincil elektronlar olarak adlandrlr ve ikincil elektron grntsne evrilir

(SEI). kincil elektronlar numune yzeyinin 10 nm veya daha dk

derinliklerden geldii iin toporafik grntnn elde edilmesi iin kullanlr.

Numune zerine gnderilen gnderilen elektron demeti numune atomlar ile

esnek arpmalar yaparak numune yzeyine geri salabilmektedir. Bu

elektronlar da geri salan elektronlar olarak adlandrlr (BSE). Geri salan

elektron miktar numunenin atom numaras ile orantldr. Bu nedenle ok fazlsistemlerde atom numaras fakna dayanan kontrast ierir.


25/45


26/45

26

ekil-13:AFM cihaz ve ematik gsterimi

TGA:TGA ile ok eitli polimerik malzemelerin termal kararll, uucu

rnlerinin miktar ve k hz ile oluan kat karbon ierikli kalnt miktar

hakknda bilgi sahibi olunabilmektedir.

Yzey Islanabilirlii:Temas as ya da deme as lme tekniyi ile bir

kat veya sv malzemenin yzey polarl ve dolays ile yzeyin

slanabilirlii hakknda bilgi edinilir.Farkl yzey enerjilerine sahip referans

svlar kullanlr.Bunlar polar karakterli ve apolar karakterli olabilir.Bu

referans maddelerle malzemenin hidrofilik veya hidrofobik olup olmad

aratrlr.Hidrofobik malzemelerde molekller aras balar zayf ve dk

yzey gerilimi vardr.Hidrofilikler ise yksek yzey gerilimi gsteriri

LOI: Malzemenin yanma zellikleri ile ilgili karmza ounlukla,

ksaltlm LOI olan limiting oxygen index deeri kar. LOI, bir

malzemenin yanmas iin ortamda bulunmas gereken hava karmndaki

oksijen yzdesi olarak dnebilir. Yani oksijen/(azot+oksijen) orandr


27/45

27

diyebiliriz. Bu deer ykseldike malzemenin yancl da doal olarak

der.Tablo-1de evremizde yaygn olarak kullanulan malzemelerin LOI

deerleri grlmektedir.

Polimer LOI

Akrilik 17

Polipropilen (PP) 17

Polietilen (PE) 17

Polistiren (PS) 18

Polikarbonat (PC) 26

Polivinilklorit (PVC) 45

Politetrafloroetilen (PTFE) >95

Tablo-1:Yaygn kullanlan polimerik malzemelerin LOI deerleri

Grdnz gibi gnlk hayatta sklkla kullandmz bir okplastik malzemenin LOI

deeri 21in altnda ki bu normal artlarda %21 oksijen ieren hava ortam

dnldnde riskli bir faktr. Dolaysyla alev geciktiricilik konusu zellikle yangn

felaketinin azaltlmas hususu asndan nem arz ediyor.


28/45


29/45


30/45


31/45


32/45


33/45

33

ekil-17:PP kuman TGA grnts

ekle gre PP kuman bozulmas tek bir admda grlmekte PP ilk %5lik arln

kaybetmeye 396oCde balyor.Polipropilenin asl bozulmas ise 470oCde

gzleniyor.500oCnin zerinde ise %1in altnda kl oluumu gzleniyor.PP poliretan

ile iirildiinde ise ilk bozulma scakl 381oCye dyor.

Polimerin alev dayanmn llmesinde ise cone kalorimetre kullanlyor.En iyi sonucu

M1-PU ieren PP kuma veriyor.

5.2.Fire retardant poly(ethylene terephthalate)/polycarbonate/triphenyl phosphite

blends

(B. Swoboda, S. Buonomo, E. Leroy1, J.M. Lopez Cuesta)

PETe alev dayanmn kazandrlmas iin PET, PC ve TTP ile kompozit

oluturuluyor.Bu almada PET ve PC ncelikle eritiliyor ve harmanlanyor bu

aamada transesterification katalizr kullanlyor.Son olarakta TTP ekleniyor.Son

bileiin hazr bulunmas bize transesterification reaksiyonunun PET ve PC arasndasonlandn gsteriyor.Eritme iin 270oC ve 60 rpm kullanld. Balangta PET,PC ve

SMACA katalizr kartrld. Farkl kartrma zamanlarnda TTP eklendi.Elde edilen

son karmlar 270oCde 100 barda 30s iin sktrld.100x100x4 mm3 levhalar elde

edildi.Bu levhalar standarta kullanlan boyutlara gre kesildi ve karakterizasyon

testlerinde kullanld.


34/45

34

Tablo-3:Farkl formlasyonlarn kompozisyonlar

eki-18:Tork ve zaman erisi

Bu eriye gre tm formlasyonlarda PETin eritilmesi aamasnda ilk iki dakikada

vizkozitelerinin gl ekilde azald gzleniyor.Saf PETin vizkozitesi azalmaeiliminde iken saf PCnin vizkozitesineredeyse sabit kalyor.TPP eklenmi PETin 4.

dakikada gl bir art gzleniyor.

ekil-19da baz rneklerin elastik modl verilmektedir.


35/45


36/45


37/45

37

1 numara ile gsterilen saf PETin termal bozulmas 340oCde meydana gelmektedir.

Fakat en byk ktle kayb 418oCde meydana gelmektedir.Saf PC ieren ve 2 numara

ile gsterilen rnekte ise bozulma 350oCde meydana gelmekte ve en yksek ktle

kayb 478oC ve 580oCde grlmektedir.Daha sonra rnek kararl bir yap kazanmtr.

5 ve 6 numaral rneklerde olduu gibiPET/PC ieren rneklerde iki temel ktle kayb

noktas grlm ve her ikiside polimerlerin saf noktalarna yaknlk gstermitir.ekil-

21de ise TTP eklenmi 7 ve 8 numaral rneklerin ktle kayb grlmektedir.TTPnin

zincir uzunluunu artrd dnlmekte bu varsaym ktle kaybn az da olsa daha

yksek scaklklara kmas sonucunda dorulanyor.

Tablo-4:Farkl yanmazlk testlerinde rneklerin sonular

Tabloda farkl yanmazlk testleri kullanlarak elde edilen sonular grlmektedir.

Transesterification reaksiyonu sonucunda kl yzdesinin art gzlemleniyor.TTPnin

malzemelerde termal kararll artrd gzlemleniyor.En gzel yanmazlk test

sonularn rnek 8 ve 9 gsteriyor.


38/45


39/45

39

5.3. Synergistic effect of nanoflaky manganese phosphate on thermal degradation

and flame retardant properties of intumescent flame retardant polypropylene

zet

Bu almada NMP sentezlenerek alev dayanmn artrlmasnda kullanlmtr.

Karakterizasyon ise TGA, RTFTIR, CONE, MCC ile yaplmtr.IFR+NMP(%20 wt)

kartrldnda TGA analizi sonucuna gre Polipropilenin termal kararllnn oda

scaklndan 440oC kadar artn buna bal olarak da kl miktarnda art olduu

gzlenmektedir.RT-FTIR sonularna gre NMP Polipropilenin bozulma

davranlarn aka deitiriyor.Bozulma scakl oda scaklndan 260oC ve daha

etkili bir sistemle 260oCden 500oCye kadar kt

Deneysel

PP ve IFR 80oCde kurutuldu. Kullanmdan nce PP bant ve IFR eriyik bir bileik

haline getirildi.180oC ve 10 dakika sreyle 100 rpm kartrma hznda alld.

Sonular

Mn ve Pnin oranlar %29 ve %11 olduunda yani Mn/P:1,45 olduunda (mol) teorik

deer olarak alglanr.NMPnin bozulmas scaklk blgesine blnebilir.30-158oC,

158-453oC, 453-600oC srasyla %2,5wt,%11,9wt ve %14,6wt su desorpsiyona urad.

Oda scaklndan 440oCye kadar olan bozunma %16 ktle kaybyla gereklemekte

NMP konsantrasyonunun artmasna bal olarak balang scaklnda art

gzleniyor.Bu bozulma suyun sistemden uzaklatrldn gsteriyor.

Scaklk artka PP/IFR/NMP sisteminin bozunma hz artyor.IPR oran azalp NMP

oran artka bozulma scakl artyor ve kl miktar azalyor.

Yorumlar

TGA sonularna gre oda scaklndan 440oCye kadar dk bozulma hz gsteriyor.

NMP bozulmay oda scaklndan 260oCye kadar geciktiriyor. Termal kararll

260oCden 500oCye ilerletiyor.


40/45


41/45

41

ekil-23:Hazrlanan rneklerin mekanik zellikleri (a) Uzama-ekme davran, (b)

fiber yzdesine bal olarak modl deeri, (c) fiber yzdesine bal plarak

kompozitlerin ekme dayanm

ekme dayanm ve modl deerinin fiber yzdesine bal olarak art gzlenmitir.


42/45

42

ekil-24: non-fluorinated and fluorinated Twaron fiber SEM grntleri((a) virgin[PPTW0], (b) non-modified [PPTW2, PPTW4] and (c) modified fiber composites[PPTW2F,PPTW4F].)

SEM grntlerine gre fiberin PP ierisinde homojen dald grlmektedir.Bu

durum kompozit malzemenin iyi mekanik dayanm gstermesini aklamaktadr.

Sonu olarak non-fluorinated TF eklenmesi PPin mekanik ve termal zelliklerinde

arta sebep olmutur.


43/45


44/45


45/45

kompozit malzemelerde alev in saglanmasi

Documents