İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
HAZİRAN 2016
EKSTRÜZYON ŞİŞİRME KALIPLAMA UYGULAMALARI İÇİN YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KOMPOZİT MALZEME GELİŞTİRİLMESİ
VE KARAKTERİZASYONU
Leyla YANMAZ
Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Kimya Mühendisliği Programı
HAZİRAN 2016
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
EKSTRÜZYON ŞİŞİRME KALIPLAMA UYGULAMALARI İÇİN YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KOMPOZİT MALZEME GELİŞTİRİLMESİ
VE KARAKTERİZASYONU
YÜKSEK LİSANS TEZİ Leyla YANMAZ
(506131021)
Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Kimya Mühendisliği Programı
iii
Tez Danışmanı : Prof. Dr. Fatma Seniha GÜNER ... İstanbul Teknik Üniversitesi
Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Ahmet SİRKECİOĞLU ... İstanbul Teknik Üniversitesi
Prof. Dr. Sermet KABASAKAL ... Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 506131021 numaralı Yüksek Lisans Öğrencisi Leyla Yanmaz, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten sonra hazırladığı “EKSTRÜZYON ŞİŞİRME KALIPLAMA UYGULAMALARI İÇİN YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KOMPOZİT MALZEME GELİŞTİRİLMESİ VE KARAKTERİZASYONU” başlıklı tezini aşağıda imzaları olan jüri önünde başarı ile sunmuştur.
Teslim Tarihi : 02 Mayıs 2016 Savunma Tarihi : 07 Haziran 2016
v
vii ÖNSÖZ
Bu tez çalışması 3140629 no.'lu Tübitak Sanayi Ar-Ge Projeleri Destekleme Programı kapsamında, SenapaStampa Ambalaj San. ve Tic. A.Ş. firmasının desteğiyle gerçekleştirilmiştir.
Tez çalışmalarımı yürüten, araştırmalarımın her aşamasında bilgi, öneri ve yardımlarını esirgemeyerek engin fikirleriyle gelişmeme katkıda bulunan ve her türlü konuda yanımda olup beni destekleyen değerli hocam Prof. Dr. Fatma Seniha GÜNER'e sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmalarım süresince bilgi ve deneyimlerinden yararlandığım değerli hocam Yrd. Doç. Dr. Oktay YILMAZ'a teşekkürlerimi sunarım. Kompozit malzemelerin hazırlanması çalışmalarında emeği ve desteği geçen SenapaStampa firması Kalıphane Müdürü Makina Mühendisi Murat Tahsin ELSAN'a teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarım ve analizlerim esnasında yardımlarını esirgemeyen ve her konuda destek olan değerli Kimya Mühendisi arkadaşım Tuğçe İNAN'a gönülden teşekkür ederim.
Beni bugünlere getiren her zaman gösterdikleri sevgi, destek, sabır ve emek için sevgili aileme ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen canım arkadaşlarıma sonsuz teşekkürlerimi sunuyorum.
Mayıs 2016 Leyla YANMAZ
ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖNSÖZ... ... vii İÇİNDEKİLER ... ix KISALTMALAR ... xi
ÇİZELGE LİSTESİ ... xiii
ŞEKİL LİSTESİ ... xv ÖZET………. ... xvii SUMMARY… ... xix 1. GİRİŞ ... 1 2. TEORİ ... 3 2.1 Kompozit Malzemeler ... 3 2.2 Polimer Kompozitler ... 4 2.3 Polietilen ... 5
2.3.1 Polietilen takviye malzemeleri ... 5
2.3.1.1 Nanokil ... 6
2.3.1.2 Kalsiyum karbonat ... 8
2.3.1.3 Cam elyaf ... 9
2.4 Şişirme Kalıplama ... 9
2.4.1 Ekstrüzyon şişirme kalıplama ... 10
2.4.2 Enjeksiyon şişirme kalıplama ... 10
2.4.3 Gerdirme şişirme kalıplama ... 11
3. DENEYSEL ÇALIŞMA ... 13
3.1 Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri ... 13
3.1.1 Yüksek yoğunluklu polietilen ... 13
3.1.2 Yüksek yoğunluklu polietilen-nanokil karışımı (masterbatch) ... 13
3.1.3 Yüksek yoğunluklu polietilen-kalsiyum karbonat karışımı (masterbatch) ... 13
3.1.4 Yüksek yoğunluklu polietilen-cam elyaf karışımı (masterbatch) ... 13
3.1.5 Maleik anhidrat aşılanmış yüksek yoğunluklu polietilen (PEgMA) ... 14
3.2 Kompozit Malzemelerin Hazırlanması ... 14
3.3 Karakterizasyon Yöntemleri ... 15
3.3.1 Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi ... 15
3.3.2 Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC)... 15
3.3.3 Isıl gravimetrik analiz (TGA) ... 16
3.3.4 Reolojik analizler ... 16
3.3.4.1 Rotasyonel reometre analizi ... 16
3.3.4.2 Kapiler reometre analizi ... 17
3.3.5 Çekme testi ... 17
3.3.6 Basma testi ... 17
4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME ... 19
4.1 Kompozit Malzemelerin Hazırlanması ... 19
x
4.2.1 Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi ... 20
4.2.2 Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ... 22
4.2.3 Isıl gravimetrik analiz (TGA) ... 24
4.2.4 Reolojik analizler ... 25
4.2.4.1 Rotasyonel reometre analizi ... 25
4.2.4.2 Kapiler reometre analizi ... 32
4.2.5 Çekme testi ... 34
4.2.6 Basma testi ... 35
5. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 37
KAYNAKLAR ... 39
xi KISALTMALAR
DSC : Diferansiyel Taramalı Kalorimetre
FTIR : Fourier Dönüşümlü Infrared Spektroskopisi
PEgMA : Maleik Anhidrat Aşılanmış Yüksek Yoğunluklu Polietilen TGA : Isıl Gravimetrik Analiz
xiii ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa
Çizelge 2.1 : Polimerlerin bazı mekanik, bariyer ve termal özellikleri. ... 6
Çizelge 3.1 : SABIC® HDPE B5823 özellikleri ... 13
Çizelge 3.2 : Tek vidalı ekstrüderin sıcaklık dağılımı ... 14
Çizelge 3.3 : Ekstrüder özellikleri ve şişirme işlemi detayları ... 14
Çizelge 3.4 : Hazırlanan numuneler ve içerikleri ... 15
Çizelge 3.5 : Rotasyonel reometre analiz şartları ... 16
Çizelge 4.1 : Polietilene ait karakteristik FTIR pikleri ... 20
Çizelge 4.2 : Kompozit numunelerin DSC analiz sonuçları ... 23
Çizelge 4.3 : Kompozit numunelerin TGA sonuçları ... 24
Çizelge 4.4 : Kompozit numunelerin çekme testi sonuçları ... 34
xv ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa
Şekil 2.1 : Etilen ve polietilenin kimyasal yapısı ... 5
Şekil 2.2 : Kil tabakalarının polimer içerisindeki dağılım çeşitleri ... 7
Şekil 2.3 : Ekstrüzyon şişirme kalıplama işlemi ... 10
Şekil 2.4 : Enjeksiyon şişirme kalıplama işlemi ... 11
Şekil 2.5 : Gerdirme şişirme kalıplama işleminde preformun şişirilmesi ... 11
Şekil 4.1 : Ekstrüzyon şişirme kalıplama işlemi ile basılan şişeler………19
Şekil 4.2 : YYPE-kil kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması .... 21
Şekil 4.3 : YYPE-PEgMA-kil kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması ... 21
Şekil 4.4 : YYPE-CaCO3, YYPE-PEgMA-CaCO3 kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması ... 22
Şekil 4.5 : YYPE-cam elyaf kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması ... 22
Şekil 4.6 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (170˚C) ... 26
Şekil 4.7 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (200˚C) ... 26
Şekil 4.8 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (170˚C) ... 27
Şekil 4.9 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (200˚C) ... 27
Şekil 4.10 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (170˚C) ... 28
Şekil 4.11 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (200˚C) ... 28
Şekil 4.12 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (170˚C) ... 29
Şekil 4.13 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (200˚C) ... 30
Şekil 4.14 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (170˚C) ... 30
Şekil 4.15 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (200˚C) ... 31
Şekil 4.16 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (170˚C) ... 31
Şekil 4.17 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (200˚C) ... 32
Şekil 4.18 : YYPE-PEgMA-Kil-4 numunesinin rotasyonel reometre ile ölçülen viskozitesinin YYPE ile karşılaştırılması (170˚C) ... 33
xvi
Şekil 4.19 : YYPE-PEgMA-Kil-4 numunesinin rotasyonel reometre ile ölçülen viskozitesinin YYPE ile karşılaştırılması (200˚C) ... 33
xvii
EKSTRÜZYON ŞİŞİRME KALIPLAMA UYGULAMALARI İÇİN YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KOMPOZİT MALZEME GELİŞTİRİLMESİ
VE KARAKTERİZASYONU ÖZET
Polimer kompozit malzemeler uzun yıllardır çalışılmaktadır ve son yıllarda bu konuda büyük mesafeler kat edilmiştir. Polimer matrisli kompozit malzemeler gelişmiş mekanik, bariyer ve termal özelliklerinden dolayı otomobil, uzay, inşaat ve ambalaj endüstrisi gibi birçok sektörde tercih edilmektedir.
Dünyada en çok kullanım alanına sahip polimerlerden biri olan yüksek yoğunluklu polietilenin (YYPE) darbe dayanımı, akma-çekme dayanımları, aşınma direnci, elektrik yalıtım özellikleri, gaz geçirgenliği gibi özelliklerini geliştirmek amacıyla mika, talk, cam elyaf, kil, kalsiyum karbonat (CaCO3), grafit gibi malzemeler takviye
malzemesi olarak kullanılmaktadır.
Bu çalışmada ekstrüzyon şişirme kalıplama uygulamalarında kullanılmak üzere yüksek yoğunluklu polietilen kompozitler hazırlanarak karakterizasyonları yapılmıştır. YYPE'nin mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla organik olarak modifiye edilmiş montmorillonit (OMMT) kil, CaCO3 ve cam elyaf kullanılmıştır.
Takviye malzemelerinin polimer matrisiyle uyumluluğu kompozit malzemenin mekanik özelliklerini etkileyen en önemli faktördür. Bu uyumluluğu arttırmak için genellikle maleik anhidrat aşılanmış poliolefinler kullanılmaktadır. Dolayısıyla kil ve CaCO3'ün polimer matrisiyle daha uyumlu hale gelerek matris içerisinde homojen
olarak dağılmasını sağlamak için uyumlaştırıcı olarak maleik anhidrat aşılanmış yüksek yoğunluklu polietilen (PEgMA) kullanılmıştır. Cam elyaf katkılı kompozitlerin hazırlanmasında uyumlaştırıcı kullanılmamıştır.
Uyumlaştırıcı içeren ve içermeyen kompozit malzemeler ekstrüzyon şişirme kalıplama yöntemi ile üretilerek malzemelerin karakterizasyonları yapılmıştır. Kompozit malzemelerin karakterizasyonları için Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi (FTIR) ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) cihazları kullanılmış, ayrıca ısıl gravimetrik analiz (TGA), çekme testi, basma testi ve reolojik testler gerçekleştirilmiştir.
Uyumlaştırıcı içeren ve içermeyen kompozit malzemeler için %1 ve %4 oranlarında kil, %15 oranında CaCO3, %1 ve %2 oranlarında cam elyaf kullanılmıştır.
Uyumlaştırıcı ve kil içeren malzemeler için uyumlaştırıcı/kil oranı 3:1 olacak şekilde PEgMA, CaCO3 için ise %2 oranında PEgMA kullanılmıştır.
Yapılan FTIR analizinde takviye malzemelerinin YYPE matrisi ile etkileşmediği belirlenmiştir. Isıl analizde de takviye malzemelerinin kompozitin erime sıcaklığına belirgin bir etkisi olmadığı tespit edilmiştir. Ayrıca takviye malzemelerinin kompozitlerin akış özelliğini prosesi etkileyecek şekilde değiştirmediği sonucu çıkarılmıştır. %2 cam elyaf takviyesinin YYPE'nin mekanik özelliklerini geliştirdiği
xviii
görülmüştür. Kil ve CaCO3 takviyesi ise YYPE'nin mekanik özelliklerini
xix
DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF HIGH DENSITY POLYETHYLENE COMPOSITE MATERIALS FOR EXTRUSION BLOW
MOLDING APPLICATIONS SUMMARY
Polymer composite materials have been studied for a long time and in the recent years there are extensive developments in this field. Composites based on polymer matrix are favored in many industrial applications due to their enhanced mechanical, barrier and thermal properties.
High density polyethylene (HDPE) is one of the most popular and widely used polymer in the world especially in the packaging industry. Reinforcement materials including clay, glass fibers, talc, mica, calcium carbonate (CaCO3) are added into
polymer to achieve better material properties.
Final properties of composites depend on the dispersion and orientation of reinforcement materials in HDPE matrix, which is determined by filler structure, surface area and chemical activity. Besides, physico-chemical properties of matrix and reinforcement material, the composite composition and preparation method determine the final properties of the composite. These properties are directly related to interfacial interactions between polymer matrix and reinforcement materials. If reinforcement materials cannot adsorb to polymer matrix, they tend to agglomerate, and hence decreasing mechanical properties.
Due to nonpolar properties of polyethylene, proper dispersion of clay and CaCO3
cannot be achieved. Therefore, modified polar compatibilizers such as maleic anhydrate grafted polyethylene (PEgMA) can be used to enhance compatibility between reinforcement material and polyethylene. In addition, surface treatment can be performed for calcium carbonate to improve dispersion and compatibility with polymer matrix.
The aim of this study is developing and characterizing HDPE composites that will be used in extrusion blow molding applications. Organically modified montmorillonite clay (OMMT), calcium carbonate treated with stearic acid and glass fiber with diameter of 10 µm and length of 4.5 mm were used as reinforcement materials for HDPE in this study.
Since it is economic, environmentally friendly and easier, masterbatches containing high concentrations of reinforcement materials was used and diluted by neat HDPE to obtain desired loading of reinforcement materials. PEgMA was used as compatibilizer to enhance interfacial interactions between clay and HDPE and CaCO3 and HDPE. HDPE composites with and without compatibilizer were prepared
in single screw extruder and molded with extrusion blow molding process.
Fourier transform infrared spectrescopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), thermal gravimetric analysis (TGA), tensile test, top load test and reological analysis were carried out for characterization of composites.
xx
The amounts of clay in the composites were 1 and 4 wt% of HDPE, the amount of CaCO3 was 15 wt% of HDPE and the amount of glass fiber was 1 and 2 wt% of
HDPE. Compatibilizer/clay ratio was 3:1 for clay-HDPE composites and compatibilizer amount for CaCO3-HDPE composite was 2 wt%.
HDPE and reinforcement materials were hand mixed prior to fed into extruder. A single screw extruder having diameter of 80 mm, L/D ratio of 24 and rotating speed of 62 cycle/min. was used for compounding of materials. The operation temperature range of the extruder was 175˚C to 185˚C. Compounded materials were extrusion blow molded with blowing temperature of 190˚C and blowing pressure of 7 bar. FTIR analysis within the spectrum range of 4000 to 650 cm-1 was performed for structural characterization of composites. Characteristic stretching peaks of HDPE between 2950 and 2850 cm-1, bending peaks of 1472 and 1462 cm-1, rocking deformation peaks between 731 and 720 cm-1 were observed. It was seen that addition of reinforcement materials did not alter the shape or position of the HDPE peaks.
DSC analysis was performed to observe melting point (Tm) and enthalpy change
(ΔH) of composites. Reinforcement materials did not affect the melting points prominently compared to neat HDPE. There is a little change (±1 or 2˚C) for some of the samples. Since high temperatures are used in the processing of composite materials, this changes can be ignored. Crystallinity of composites were calculated using enthalpy changes and it was observed that clay and calcium carbonate addition decreased the crystallinity degree, however glass fiber and compatibilizer-clay addition increased the crystallinity.
Composition of composite materials were determined with TGA. Expected compositions of reinforcement materials could not be achieved due to sticking of materials to the hopper or other extruder parts. In addition, ineffective mixing of HDPE and reinforcement materials could be another reason.
The reological properties of composites were measured with rotational rheometer for low shear rates and capillary rheometer for high shear rates. Rotational rheometer analysis was performed between 0.1 to 0.15 s-1 at 170˚C and 200˚C. There is no significant change in shear stress and viscosity of composites that was produced without compatibilizer at 170˚C. Shear stress and viscosity of 4 wt% clay-HDPE composite that was produced with compatibilizer decreased compared to neat HDPE and other composites. However, capillary rheometry results show that there is no change in viscosity of 4 wt% clay-HDPE composite at high shear rates that was produced with compatibilizer. Since the composite preparation occurs at high shear rates, that decrease in low shear rates can be ignored.
Tensile and top load tests were performed to determine mechanical properties of composites. Yield strength of all composites except 2 wt% glass fiber-HDPE composite decreased. However, addition of compatibilizer increased yield strengths when compared to composites that were produced without compatibilizer.
The reason of decrease in mechanical properties for other composites could be due to poor adhesion between reinforcement materials and HDPE matrix. Since dispersion of the reinforcement material is the most important parameter for mechanical properties of composite, it was thought that clay and calcium carbonate did not disperse adequately and they agglomerated.
xxi
Consequently, it can be concluded that mechanical properties of HDPE that was extrusion blow molded can be enhanced with addition of 2 wt% glass fiber.
1 1. GİRİŞ
Son yıllarda polimer kompozit malzemeler üzerine yapılan çalışmalar dikkat çekmeye başlamıştır. Çeşitli takviye malzemeleri katılarak elde edilen kompozit malzemeler yüksek mekanik, termal ve bariyer özellikleri sağlar ve maliyeti düşürür. Dolayısıyla kompozit malzemeler birçok alanda tercih edilmektedir. Yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) sağlam, kolay şekillenebilen, mekanik dayanımı yüksek ve ekonomik bir malzeme olmasından dolayı ambalaj sanayisinde en çok tercih edilen polimerlerdendir.
Bu tez çalışması sanayi projesi kapsamında gerçekleştirildiği için firmanın ihtiyaçları göz önüne alınmıştır. Firmanın üretilen plastik şişeler kutulandıktan sonra depolanma ve taşınma sırasında üst üste konulduğu için şişelerin mekanik dayanımı (özellikle basma dayanımı) büyük önem teşkil etmektedir. Şişelerin cidar kalınlıkları azaltılarak daha düşük maliyetle ve mekanik özelliklerinin korunmuş ve hatta geliştirilmiş olması ambalaj sanayisi için önemli bir ihtiyaçtır. Bu çalışmanın amacı; ekstrüzyon şişirme kalıplama uygulamalarında kullanılmak üzere mekanik özellikleri gelişmiş YYPE kompozit geliştirmek ve karakterizasyonunu yapmaktır.
Literatür araştırmalarında nanokil, kalsiyum karbonat (CaCO3) ve cam elyaf
takviyelerinin YYPE'nin mekanik özelliklerini geliştirdiği görülmüştür. İncelenen çalışmalarda genellikle enjeksiyon veya basınçlı kalıplama yöntemleri kullanılmıştır. Ayrıca yapılan çalışmalar laboratuar ölçeklidir. Bu çalışmada organik olarak modifiye edilmiş montmorillonit (OMMT) kil, CaCO3 ve cam elyaf takviyeli
YYPE'nin şişirme kalıplama prosesiyle işlendikten sonra mekanik özelliklerindeki değişimi irdelenmiştir.
Üretilen kompozit malzemelerin yapısal özellikleri Fourier dönüşümlü infrared spektroskoposi (FTIR); termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC); kompozitlerin bileşim oranları ısıl gravimetrik analiz (TGA); mekanik özellikleri çekme-basma testleri ve reolojik özellikleri rotasyonel ve kapiler reometre analizleri
2
ile belirlenmiştir. Bu çalışmanın endüstriyel ölçekli büyük üretimler için teknik bilgi kazanılması açısından büyük önem taşıdığı düşünülmektedir.
3 2. TEORİ
2.1 Kompozit Malzemeler
Farklı özellikleri olan iki veya daha fazla malzemenin daha iyi özelliklerde bir malzeme oluşturmak amacıyla fiziksel olarak bir araya getirilmesiyle oluşturulan malzemelere kompozit malzemeler denir [1]. Kompozit malzemeler mikroskopik olarak incelendiğinde homojen olmayan bir yapıya sahip oldukları görülür. Matris ve takviye malzemesi olarak adlandırılan iki ana temel bileşenden oluşmaktadırlar [2]. Kompozit matrisinin temel özellikleri malzemenin şeklini vermek, termal ve mekanik işlemler sırasında malzemenin stabilizesini sağlamak, takviye malzemesini bir arada tutmak, yükü takviye malzemesine dağıtmak ve genel malzeme dayanımını sağlamaktır. Takviye malzemesin kompozit içerisinde homojen bir şekilde dağılabilmesi, matris yüzeyine tutunabilmesi ve kompozitin dengeli bir yapıya ulaşabilmesi için matrisin eriyik haldeki viskozitesinin düşük olması gerekmektedir. Takviye malzemeleri ise kompozit malzemenin yük taşıma ve mukavemet özelliklerini sürdürürler. Kompozit malzemeyi oluşturan malzemeler kimyasal olarak inert olmalıdır [3]. Kompozit malzemeler özellikle düşük maliyetli ve mukavemeti yüksek malzemeler elde etmek için tercih edilmektedir. Bunun yanı sıra; elektrik iletkenliği ve manyetik özellikleri yüksek, korozyona ve ısıya karşı dayanımı yüksek malzemeler elde etmek için de tercih edilirler [1]. Kompozit malzemeler uzay, inşaat, otomobil, elektrik-elektronik ve savunma endüstrisi gibi bir çok alanda çok yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kompozit malzemeler, matris veya takviye malzemesinin çeşidine göre ve takviye malzemesinin matris içerisindeki dağılım yapısına göre sınıflandırılabilir. Kompozit matrisi metal, polimer veya seramik ve karbon bazlı inorganik malzemeler olabilir. Takviye malzemeleri ise genel olarak elyaf veya çözünmez parçacıklardır. Bunların yanı sıra genel olarak kompozitler; elyaf takviyeli, parçacık takviyeli, tabakalı kompozitler veya nanokompozitler olarak çeşitlendirilebilir [4].
4 2.2 Polimer Kompozitler
Polimer matrisli kompozit malzemeler geniş kullanım alanına sahip olduğu için büyük önem taşımaktadır. Polimer matrisler gösterdikleri ısıl davranışlara göre termoplastik ve termosetler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Termoset polimerlerde çapraz bağ yapısı hakimken termoplastik polimerlerde bu yapı yoktur ya da çok azdır. Termoplastik polimerler; oda sıcaklığında katı halde bulunan, ısıtıldığında eriyik hale geçen ekstrüzyon, enjeksiyonla kalıplama, şişirmeyle kalıplama gibi proseslerle işlenebilen polimer grubudur. Polipropilen, naylon, polikarbonat, polietilen teraftalat (PET), polivinil klorür (PVC) ve polietilen termoplastik polimerler grubuna girer. Termoset polimerler oda sıcaklığında sıvı veya kolayca eriyebilen yapıda olan polimerlerdir. Termoset polimerler genellikle kalıplandıktan sonra ısıtılarak şekil alır. Poliester ve epoksiler en bilinen termoset polimerlerdendir [5].
Polimerler için sentetik veya doğal organik ve inorganik birçok malzeme takviye malzemesi olarak kullanılmaktadır. Oksitler, metaller, karbonatlar, fosfatlar ve sülfatlar, talk, mika, grafit ve kil gibi birçok inorganik malzemenin yanı sıra kauçuk gibi organik malzemeler de takviye olarak kullanılmaktadır [6]. Ayrıca elyaf takviye malzemeleri de geniş çapta kullanıma sahiptir. Elyaflar çap uzunluğu 5 ve 15 µm arası uzunlukta olan yüzlerce veya binlerce liften oluşur. Sürekli, süreksiz, uzun veya kısa olmak üzere farklı çeşitleri mevcuttur. En çok kullanılan elyaf çeşitleri cam, aramid, karbon, bor, silikon karbürün yanı sıra keten, kenevir ve sisal gibi doğal elyaflardır. Matris içinde dağılan lifli yapılar, malzeme yapısına mukavemet kazandırmaktadır [2]. Polimerlere takviye malzemelerinin katılması malzeme maliyetini düşürdüğü gibi, mekanik, bariyer ve termal özellikleri gelişmiş malzemelerin elde edilmesini sağlamaktadır. Polimer kompozitlerde takviye malzemelerinin mekanik özellikler üzerindeki etkileri takviye malzemesinin şekli ve boyutu, yüzey ve gözenek yapıları, matris içindeki dağılımı ve fiziko-mekanik özelliklerine göre değişim göstermektedir [4,6].
Polimer matrisi ve takviye malzemeler arasındaki yüzey etkileşimleri ve bağlanma derecesi kompozit malzemenin performansı açısından büyük önem taşımaktadır. Kompozit malzemenin enerjiyi absorplama kapasitesi tokluğunu belirler ve bu kapasite matris ve takviye malzemesi arasında zayıf bağlar kurularak arttırılabilir [5].
5 2.3 Polietilen
Polietilen (PE); yüksek darbe dayanımı, aşınma direnci, esnekliği, elektrik yalıtım özellikleri, düşük toksisitesi, kolay proses edilebilirliği ve daha bir çok fiziksel ve mekanik özelliği nedeniyle plastik endüstrisinde en çok tercih edilen polimerdir [7]. Poliolefin sınıfına ait termoplastik bir polimer olan polietilen, diğer polimerlere göre daha yüksek performansı nedeniyle çok yönlü kullanım alanlarına sahiptir. Polietilen; çift bağ ile bağlanmış iki adet CH2 molekülünden oluşan etilen
monomerinden meydana gelmiştir (Şekil 2. 1).
Şekil 2.1 : Etilen ve polietilenin kimyasal yapısı.
Polietilen yoğunluğuna, molekül ağırlığına ve dallanma yapısına göre sınıflandırılır. Bunlardan en çok kullanılanlar; ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen (UYMAPE), yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE), orta yoğunluklu polietilen (OYPE), düşük yoğunluklu polietilen (DYPE), doğrusal düşük yoğunluklu polietilen (DDYPE) ve çok düşük yoğunluklu polietilen (ÇDYPE)'dir.
YYPE yaklaşık olarak 0.942 g/cm3
ile 0.965 g/cm3 arasında değişen yoğunluklara sahiptir. Diğer polietilen türlerine göre daha rijittir ve mukavemetleri yüksektir. Enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon, basınçla kalıplama ve şişirmeyle kalıplama gibi bir çok proses ile işlenebilen YYPE çok geniş kullanım alanlarına sahiptir. Özellikle ambalaj endüstrisinde çeşitli deterjan, gıda, kimyasal, kozmetik, içecek gibi ürünlerin şişe ve kaplarının üretiminde tercih edilmektedir. Bunun dışında kablo, tank, oyuncak, ev eşyaları, boru, kablo ve izolasyon malzemesi üretimlerinde de büyük önem taşımaktadır [8].
2.3.1 Polietilen takviye malzemeleri
Polietilenin geniş kulanım alanları göz ününe alındığında malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerininin geliştirilmesi önem taşımaktadır. Son yıllarda inorganik takviye malzemeleri ile takviye edilmiş polietilen kompozitler üzerine yapılan
6
çalışmalar büyük ilgi çekmektedir [9]. Bu takviye malzemelerinden en yaygın araştırma konusu olanlar silika, cam elyaf, talk, odun lifi, kalsiyum karbonat ve nanokillerdir.
2.3.1.1 Nanokil
Nanokiller kimyasal olarak bakıldığında tabakalı silikat minerallerinden oluşurlar. Kalınlıkları 1 nm, uzunlukları veya genişlikleri ise 70-150 nm arasındadır. Killer çıkarıldıkları bölgeye, yapılarına ve morfolojilerine göre sınıflandırılır. En yaygın olarak kullanılan kil çeşitleri montmorillonite (MMT), bentonit, kaolinit ve hektorittir. Nanokil-polimer kompozitler kullanılarak mekanik, bariyer ve termal özellikleri gelişmiş maliyeti düşük malzemeler elde edilebilir. Çizelge 2.1'de detaylandırılan bu özelliklerin gelişmesi için göz önünde bulundurulması gereken en önemli nokta polimer ile kil arasındaki yüzey uyumluluğudur. Polimer ve kil arasındaki polarite ve hidrojen bağı oluşturma kapasitesinin yüksek olması malzemelerin birbirine tutunmasını ve kilin polimer içinde ayrılmasını ve dağılmasını sağlar [2,10,11].
Çizelge 2.1 : Polimerlerin bazı mekanik, bariyer ve termal özellikleri. Mekanik Özellikler Bariyer Özellikleri Termal Özellikler
Çekme dayanımı Akma dayanımı
Uzama Oksijen geçirgenliği Erime sıcaklığı Basma dayanımı
Darbe dayanımı Nem geçirgenliği Camsı geçiş sıcaklığı Modül
Elastiklik
Nanokillerin istenilen malzeme özelliklerini verebilmesi için kilin polimer matrisi içinde iyi bir şekilde ayrılması ve dağılması gerekir. Polietilen gibi apolar yapılı, yüzey enerjisi düşük ve ana zincir üzerinde reaktif grup taşımayan polimerler polar kil tabakaları ile güçlü ara yüzey oluşturamamaktadır [11,12]. Bu nedenle, polimere uygun kil kullanımı ara yüzey etkileşimini arttırmak için önemlidir. Kil ile polimerin yüzey etkileşimini arttırmak için genelde yüzey aktif malzemelerle modifikasyon
7
yapılır. Dolayısıyla, polietilen-nanokil uygulamaları için organik olarak modifiye edilmiş kil sınıfları tercih edilir. Poliolefin matrisli polimerlerin apolar yapısından dolayı oluşan takviye malzemesi dağılım probleminin üstesinden gelmek, polariteyi arttırmak ve gelişmiş özellikler sağlamak için polar uyumlaştırıcılar kullanılabilir [13-15]. Maleik anhidrat aşılanmış poliolefinler (PEgMA) ile polimerin polaritesi arttırılarak kil yüzeyi ile uyumlu hale getirilebilir ve kilin polimer içerisindeki dağılımı arttırılabilir [14-18]. Literatürde uyumlaştırıcı/kil oranın 3:1 ve daha fazla olduğu durumlarda en iyi dağılımın olduğu belirtilmektedir [15].
Kilin polimer içerisinde dağılması Şekil 2.2'de gösterildiği gibi üç farklı şekilde gerçekleşebilir. Kil tabakalarının ayrılmayarak polimer içinde dağılması (taktoid oluşumu), polimerin kil tabakaları içine yerleşerek kil tabakaları arasındaki ara katman uzaklığını arttırması fakat kil tabakalarının hala bir arada bulunması (arası açılmış-intercalated) ve kil tabakalarının polimer matrisi içerisinde tamamen ayrılarak dağılması (ayrılmış ve dağılmış-exfoliated) mümkündür [10,11,17,19,20].
Şekil 2.2 : Kil tabakalarının polimer içerisindeki dağılım çeşitleri [21].
Literatürdeki polietilen-kil kompozitler üzerine yapılan çalışmalar birbiriyle çelişmektedir. Bazı çalışmalarda kil eklenmesiyle mekanik özelliklerin (akma dayanımı, çekme dayanımı, darbe dayanımı) arttığı belirlenirken, bazılarında azalmıştır. Bunun en önemli nedeni kilin matris içerisindeki dağılımının stabilize edilememesidir. Uyumlaştırıcı olarak genellikle maleik anhidrat aşılanmış YYPE kullanılmıştır [12]. Kil oranının %1 ile %7 arasında değiştiği, uyumlaştırıcı/kil oranının yaklaşık olarak 3 olduğu bir çalışmada akma dayanımını arttırdığı
8
gözlemlenmiştir. Artan kil oranlarında akma dayanımındaki artışın daha fazla olduğu belirtilmiştir. Ayrıca 3 kattan fazla artan uyumlaştırıcı oranlarında akma dayanımı düşmüştür [14]. %2 ve %5 oranında farklı yoğunluklardaki YYPE ile yapılan çalışmada PEgMA'lı ve PEgMA'sız durumlarda dahil olmak üzere akma dayanımında belirgin bir değişme gözlemlenmemiştir [19].
2.3.1.2 Kalsiyum karbonat
Kalsiyum karbonat (CaCO3) termoplastiklerin modül, akma dayanımı ve tokluk gibi
mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla kullanılmaktadır. Ucuz ve bol bulunan bir mineral olduğu için polimer endüstrisinde takviye malzemesi olarak kullanımı çok yaygındır. Yapılan çalışmalarda CaCO3 eklenen yüksek yoğunluklu polietilenin
kalsiyum karbonatın tanecik boyutu, boyut dağılımı ve matris içindeki dağılma derecesine göre çekme değerlerini arttırdığı veya azalttığı belirlenmiştir [22]. Takviye malzemesinin polimer matrisi içerisindekini dağılımını yapısı, yüzey alanı ve kimyasal aktivitesi belirler. Kompozit malzemelerin mekanik davranışları, katılan takviye malzemesi ve polimer matrisi arasındaki yüzey etkileşimlerine bağlıdır. Yüzey etkileşimleri ise her iki malzemenin de fiziko-kimyasal özelliklerine, konsantrasyonlarına ve kompozit hazırlama yöntemlerine bağlıdır. Takviye malzemesinin kimyasal işlevselliğini ve aktivitesini modifiye ederek matris ile arasındaki yüzey etkileşimini arttırmak için takviye yüzeyi kimyasal işlemlere tabi tutulabilir [16,23]. Kalsiyum karbonatın polar yapısı ve geniş yüzey alanı nedeniyle apolar polietilen matrisi ile etkileşimi ve içerisindeki dağılımı zordur. Bu durum aglomerasyon problemine ve boşlukların oluşmasına neden olabilir. Oluşan bu yapılar plastik direncinin düşmesine ve mekanik özelliklerin azalmasına neden olur. Birçok çalışmada CaCO3 takviyesi kompozitin Young modülünü ve darbe
dayanımını arttırmasına rağmen çekme dayanımını düşürdüğü görülmüştür [24]. Kalsiyum karbonat yüzeyi stearik asit ile kaplanarak polimer matrisi ile uyumlu hale getirilebilmektedir [9,16,23,24]. Ayrıca uyumlaştırıcı kullanılarak da kalsiyum karbonatın polimer içerisindeki dağılımı iyileştirilebilir. Maleik anhidrat en çok tercih edilen uyumlaştırıcıdır [16].
Literatürdeki çalışmalarda stearik asit kaplı CaCO3 takviyeli YYPE kompozitin
çekme dayanımı, kaplanmamış CaCO3 takviyeli YYPE kompozite göre daha yüksek
9
CaCO3 konsantrasyonlarında akma dayanımlarının arttığı görülmüştür. Ayrıca yüzeyi
stearik asit kaplı CaCO3 takviyeli kompozitin akma dayanımı, kaplanmamış CaCO3
takviyeli kompozite göre daha yüksek bulunmuştur [16]. 2.3.1.3 Cam elyaf
Cam elyaflar genellikle silikadan (SiO2) oluşur ve yapılarına kalsiyum, bor, sodyum,
demir ve alüminyum oksitler eklenerek özellikleri geliştirilir [26]. Cam elyaflar farklı boyutlarda kısa ve uzun kesik elyaflar olarak polimerlerin mekanik özelliklerini geliştirmek ve malzemenin üretim maliyetini düşürmek için takviye malzemesi olarak kullanılmaktadır. Cam elyafların çapları 5 µm ile 20 µm arasında değişmektedir. Cam elyaf takviyeli kompozitler özellikle otomotiv ve uzay endüstrisinde geniş kullanım alanlarına sahiptir [1].
Cam elyaf-polimer kompozit malzemelerin mekanik özellikleri birçok faktöre bağlıdır. Bunlar; kompozit içerisindeki cam elyaf oranı, elyafın ve polimerin yapısı, cam elyaf ile polimer matrisi arasındaki uyumluluk, cam elyafın polimer matrisi içerisindeki dağılımı, cam elyafın uzunluğu ve polimer matrisi içerisindeki oryantasyonudur. Elyaflar akış doğrultusunda yönelim göstermeye eğilimlidirler [6,27].
Yapılan bir çalışmada %20 oranında cam elyaf eklenerek hazırlanan YYPE-cam elyaf kompozit malzemenin mekanik özelliklerinin arttığı belirtilmiştir [28]. Yapılan başka bir çalışmada %5 - %45 arasındaki farklı oranlarda cam elyaf eklenen malzemenin %25 takviye oranına kadar mekanik özelliklerin takviye oranı ile birlikte arttığı; %20 takviye oranından sonra ise azaldığı görülmüştür [27].
2.4 Şişirme Kalıplama
Şişe ve bidon gibi içi boş kapalı plastik kapların üretilmesi için şişirme kalıplama (blow molding) işlemi kullanılır. Şişirme kalıplama işlemlerinde hava basıncından yararlanılarak malzemenin içerden şekillenmesi sağlanırken kalıp da malzemenin dışından şeklini verir. Üç çeşit şişirme kalıplama yöntemi vardır. Bunlar; ekstrüzyon (extrusion), enjeksiyon (injection) ve gerdirme (stretch) şişirme kalıplamadır. Şişirmeyle kalıpla işlemi üç aşamadan oluşur. İlk aşamada ham malzeme ekstrüderde ergitilir ve plastikleştirilir. Daha sonra ergiyen plastik içi boş bir hortum şeklinde
10
akıtılır. Bu yarı eriyik yapıya parison adı verilir. Son olarak oluşan parison kalıp içine sıkıştırılır ve hava üflenerek şişirilir [29,30].
2.4.1 Ekstrüzyon şişirme kalıplama
Ekstrüzyon şişirme kalıplama yöntemi ile ürün sapıyla birlikte tek aşamada üretilebilir. Bu işlem iki aşamadan meydan gelir. İlk aşamada ekstrüderden gelen eriyik plastik dikey olarak hortum şeklinde akıtılır ve parison oluşumu sağlanır. Daha sonra akıtılan malzeme kalıp arasına sıkıştırılarak içerisine hava üflenir ve ürün şekillendirilir.
Ekstrüzyon şişirme kalıplama işlemi teçhizat ve işlem şartları nedeniyle daha ekonomiktir. Ayrıca farklı boyutlarda, şekillerde ve yüksek hacimlerde ürün üretilmesine imkan sağlar. Fakat ürünlerin cidar kalınlıkları farklılık gösterebilir ve ürünlerde oluşan çapakların temizlenmesi gerekmektedir. Ekstrüzyon şişirme aşamaları Şekil 2.3'te verilmiştir. Enjeksiyon şişirme yöntemi için en çok tercih edilen malzeme YYPE'dir [29,30].
Şekil 2.3 : Ekstrüzyon şişirme kalıplama işlemi [30]. 2.4.2 Enjeksiyon şişirme kalıplama
Enjeksiyon şişirme kalıplamada oluşan parisona preform adı verilir. Enjeksiyon şişirme kalıplama işlemi iki aşamadan oluşur. İlk aşamada bir ön şekillendirme kalıbına enjekte edilen eriyik plastik ile preform oluşturulur. Oluşan preform tüp şeklindedir ve boyun kısmı bu aşamada şekillenir. Daha sonra hazırlanan preform şişirme çubuğuna geçirilerek şişirilir ve kalıbın şeklini alır.
Enjeksiyon şişirme ile üretilen ürünlerin kenarlarında çapak oluşmaz. Ayrıca cidar kalınlıkları, ağırlıkları, hacimleri maksimum seviyede benzeşen ve boyun bölgesi iyi
11
görünen kaliteli ürünler ürütmek bu yöntemle daha kolaydır. Fakat preform ve nihai ürün için farklı kalıplar kullanıldığı için ekstrüzyon şişirme kalıplama yönteminden daha maliyetlidir ve üretilebilecek şişe boyutları ve şekilleri sınırlıdır. Ekstrüzyon şişirme işlemi Şekil 2.4'te gösterilmiştir [29,30].
Şekil 2.4 : Enjeksiyon şişirme kalıplama işlemi [30]. 2.4.3 Gerdirme şişirme kalıplama
Gerdirme şişirme kalıplama enjeksiyon kalıplamanın bir türüdür. Enjeksiyon kalıplama işlemi ile oluşturulan preform, gerdirme çubuğuna geçirilir ve ısıtılarak bu çubukla çekilerek uzatılır. Bu sırada hava üflenerek preformun kalıbın şeklini alması sağlanır [20-31]. Preformun gerdirilerek şişirilmesi Şekil 2.5'te gösterilmiştir.
Şekil 2.5 : Gerdirme şişirme kalıplama işleminde preformun şişirilmesi [31]. Bu tez kapsamında ekstrüzyon şişirme kalıplama uygulamaları için YYPE kompozit malzemeler hazırlanmış ve karakterize edilmiştir.
13 3. DENEYSEL ÇALIŞMA
3.1 Kullanılan Malzemeler ve Özellikleri 3.1.1 Yüksek yoğunluklu polietilen
Bu çalışmada kullanılan yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) SABIC® HDPE B5823'tür. Ürüne ait bazı özellikler Çizelge 3.1 'de verilmiştir.
Çizelge 3.1 : SABIC® HDPE B5823 özellikleri.
Özellikler Birim Değer Test Metodu
Yoğunluk 958 kg/m3 ISO 1183
Akma Dayanımı 28 MPa ISO 527-2
Erime Noktası 133 °C DIN 53765
Entalpi Değişimi (ΔH) 215 J/g DIN 53766 3.1.2 Yüksek yoğunluklu polietilen-nanokil karışımı (masterbatch)
Bu çalışmada kilin polimer matrisi içinde daha kolay dağılmasını sağlamak amacıyla Nanocor tarafından üretilen nanoMAx®-HDPE marka yüksek yoğunluklu polietilen-nanokil karışımı (masterbatch) kullanılmıştır. Ürün %50 oranında organik olarak modifiye edilmiş yüksek saflıkta montmorillonit içermektedir.
3.1.3 Yüksek yoğunluklu polietilen-kalsiyum karbonat karışımı (masterbatch) Kullanılan kalsiyum karbonat-YYPE karışımı Gema Elektro Plastik firmasının Gematilen® BK70 HD marka ürünüdür. Karışım %70 oranında kalsiyum karbonat içermektedir ve kullanılan kalsiyum karbonatın yüzeyi sterik asit ile modifiye edilmiştir.
3.1.4 Yüksek yoğunluklu polietilen-cam elyaf karışımı (masterbatch)
Polyone® marka %15 cam elyaf (CE) içeren YYPE-CE karışımı kullanılmıştır. Kullanılan cam elyafın uzunluğu 4.5 mm ve çapı 13.8 µm'dir.
14
3.1.5 Maleik anhidrat aşılanmış yüksek yoğunluklu polietilen (PEgMA)
Uyumlaştırıcı olarak DuPont™ Fusabond® E100 marka maleik anhidrit aşılanmış yüksek yoğunluklu polietilen (PEgMA) kullanılmıştır.
3.2 Kompozit Malzemelerin Hazırlanması
Kompozit malzemelerin hazırlanması SenapaStampa tesislerinde gerçekleştirilmiştir. Malzemeler el ile yapılan ön karıştırma sonrasında vida çapı 80 mm, L/D oranı 24:1 olan tek vidalı ekstrüdere beslenerek ekstrüzyon şişirme kalıplama yöntemi ile kalıplanmıştır. Şişirme kalıplama işlemi Jomar marka EBM 6.0 model şişirme kalıplama makinesinde yapılmıştır. Ekstrüderdeki sıcaklık dağılımı Çizelge 3.2'de gösterilmiştir. Ekstrüderin özellikleri ve şişirme işlemi detayları Çizelge 3.3'te verilmiştir. Hazırlanan numunelerin kodları ve içerikleri Çizelge 3.4'te detaylandırılmıştır.
Çizelge 3.2 : Tek vidalı ekstrüderin sıcaklık dağılımı.
1. Bölge 2. Bölge 3. Bölge 4. Bölge 5. Bölge 6. Bölge 7. Bölge 8. Bölge 175˚C 180˚C 185˚C 185˚C 185˚C 185˚C 185˚C 190˚C
Çizelge 3.3 : Ekstrüder özellikleri ve şişirme işlemi detayları.
Ekstrüder çapı 80 mm
Ekstrüder L/D oranı 24
Ekstrüder vida dönüş hızı 62 dev/dak.
Şişirme süresi 15 sn
Şişirme döngü süresi 10 sn
Malzeme akış sıcaklığı 180˚C
Malzeme şişirme sıcaklığı 190˚C
15
Çizelge 3.4 : Hazırlanan numuneler ve içerikleri. Numune kodu Numune içeriği
YYPE Saf YYPE
YYPE-Kil-1 %1 oranında kil içeren YYPE YYPE-Kil-4 %4 oranında kil içeren YYPE
YYPE-CaCO3-15 %15 oranında kalsiyum karbonat içeren YYPE YYPE-CE-1 %1 oranında cam elyaf içeren YYPE
YYPE-CE-2 %2 oranında cam elyaf içeren YYPE
YYPE-PEgMA-Kil-1 %1 oranında kil ve %3 oranında PEgMA içeren YYPE YYPE-PEgMA-Kil-4 %4 oranında kil ve %12 oranında PEgMA içeren YYPE
YYPE-PEgMA-CaCO3-15 %15 oranında kalsiyum karbonat ve %2 oranında PEgMA içeren YYPE
3.3 Karakterizasyon Yöntemleri
Basma testi hariç malzeme karakterizasyonları basılan şişelerden kesilen plakalardan alınan numunelerle gerçekleştirilmiştir. Basma testi şişelere uygulanmıştır.
3.3.1 Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi
Elde edilen kompozitlerin yapısal karakterizasyonu İTÜ Kimya Mühendisliği laboratuvarlarındaki PelkinElmer marka Spectrum One model FTIR spektroskopi cihazı ile 650-4000 cm-1 dalga boyu aralığında analiz edilmiştir.
3.3.2 Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC)
Kompozit malzemelerin ısıl özellikleri İTÜ Kimya Mühendisliği laboratuvarlarındaki PerkinElmer marka Diamond model DSC cihazı ile belirlenmiştir. Analiz için 6-6.5 mg’lık numuneler 10ºC/dak hızla 20ºC’den 200ºC’ye kadar ısıtılmış, 10 dakika bu sıcaklıkta tutulduktan sonra 10ºC/dak. hızla 20ºC’ye kadar soğutulmuştur. Bu sıcaklıkta 5 dakika bekletildikten sonra tekrar 200 ºC’ye kadar ısıtılmıştır. İnert ortam sağlaması için geçiş hızı 20 ml/dak olan azot gazı kullanılmıştır.
Elde edilen erime entalpileri kullanılarak kristalinite değerleri Eşitlik 3.1 ile hesaplanmıştır. %100 kristalin YYPE'nin kristalinite değeri 293 J/g olarak alınmıştır. Analizler her numune için üçer kere tekrarlanarak sonuçların ortalamaları alınmıştır.
16
c (3.1)
Xc Kristalinite değeri
ΔH Polimerin erime entalpisi
ΔH˚ %100 kristalin YYPE'nin erime entalpisi (293 J/g)
3.3.3 Isıl gravimetrik analiz (TGA)
Kompozit malzemelerin ısıl gravimetrik analizleri İTÜ Kimya Mühendisliği laboratuvarlarındaki PerkinElmer marka Diamond model TGA cihazı ile yapılmıştır. Numuneler azot gazı atmosferinde 20˚C/dak. hızla 20˚C'den 550˚C’ye kadar ısıtılmıştır. Analizler her numune için üçer kere tekrarlanarak sonuçların ortalamaları alınmıştır.
3.3.4 Reolojik analizler
YYPE ve takviyeli YYPE kompozit malzemelerin akış özelliklerini incelemek amacıyla rotasyonel ve kapiler reometreler kullanılmıştır. Numunelerin farklı kayma hızlarındaki viskozite ve kayma gerilmeleri ölçülmüştür.
3.3.4.1 Rotasyonel reometre analizi
Kompozit malzemelerin düşük kayma hızlarındaki viskoziteleri ve kayma gerilmeleri İTÜ Kimya Mühendisliği laboratuarlarındaki Anton Paar marka Physica MCR 301 model rotasyonel reometre ile ölçülmüştür. Ölçümler 170˚C ve 200˚C sıcaklıklarda, paralel plaka ölçüm elemanı ile yapılmıştır. Her numune için üç ölçüm yapılarak ortalamaları alınmıştır. Analiz şartları Çizelge 3.5'te verilmiştir.
Çizelge 3.5 : Rotasyonel reometre analiz şartları.
Plakalar arası uzaklık 1 mm
Plaka çapı 25 mm
Sıcaklık 170˚C, 200˚C
17 3.3.4.2 Kapiler reometre analizi
Kompozit malzemelerin yüksek kayma hızlarındaki viskoziteleri ve kayma gerilmeleri ODTÜ Merkez Laboratuvarı AR-GE Eğitim ve Ölçme Merkezi'nde analiz edilmiştir. Ölçümler 170˚C ve 200˚C sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Toplam üç ölçüm yapılarak ortalamaları alınmıştır.
3.3.5 Çekme testi
Kompozit numunelerin çekme testleri İTÜ Kimya Mühendisliği laboratuarlarındaki Devotrans marka DVT GP D NN model çekme testi cihazı ile ISO 527-1 standardına göre oda sıcaklığında, 50mm/dak. hızla, 1000 N kuvvetle gerçekleştirilmiştir.
3.3.6 Basma testi
Basma testi SenapaStampa firmasındaki Shimadzu marka AGS- 5 KN test cihazı ile ASTM D695 göre yapılmıştır. Şişeler 33 mm/dk. hızla 1000 N kuvvetle basma testine tabi tutulmuştur.
19 4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME
4.1 Kompozit Malzemelerin Hazırlanması
Kompozit hazırlama işlemlerinde karışım (masterbatch) kullanılması kolay, ekonomik ve çevreyle dost bir hazırlama işlemi için imkan tanır. Yüksek konsantrasyonda takviye malzemesi içeren polimer-takviye malzemesi karışımları saf polimer ile seyreltilerek istenilen oranlarda kompozit malzemesi elde edilir. Karışımlar takviye malzemelerinin polimer içerisinde homojen bir biçimde dağılması için tercih edilmektedir [23,32]. Dolayısıyla takviye malzemeleri karışım olarak temin edilmiştir. Kompozit malzemelerin hazırlanmasında takviye malzemesi olarak kil, CaCO3 ve cam elyaf kullanılmıştır.
Literatürde kilin %1 ile %7 oranları arasında takviye malzemesi olarak kullanıldığı durumlarda kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini geliştirdiği belirtilmektedir [13,22,24]. Dolayısıyla %1, %4 ve %7 oranlarında kil takviyesi kullanılmaya karar verilmiştir, fakat %7 kil takviyeli malzeme şişirmeyle kalıplanamamıştır. Ayrıca %15 oranında CaCO3 ve %1 ve %2 oranlarında cam elyaf kullanılmıştır. %2'den
yüksek oranlarda cam elyaf takviyesi de denenmiş olmasına rağmen şişe basılamamıştır. Basılan şişeler Şekil 4.1'de görülmektedir.
20
Kalsiyum karbonat ve kilin polimer matrisiyle etkileşiminin ve matris içerisindeki dağılımının iyileştirilmesi amacıyla maleik anhidrat aşılanmış polietilen kullanılmıştır. Literatürde kil/uyumlaştırıcı oranın 3 ve daha fazla olduğu durumlarda en iyi dağılımın olduğu belirtilmiştir [15]. Dolayısıyla %1 kil içeren kompozit için %3 PEgMA, %4 kil içeren kompozit için %12 oranında PEgMA kullanılmıştır. %15 kalsiyum karbonat içeren kompozit için ise %2 oranında PEgMA kullanılmıştır [16]. Aynı proses şartlarında basılan numunelerin takviye malzemesine ve miktarına bağlı olarak kalınlıkları ve ağırlıklarının değiştiği belirlenmiştir (Çizelge 4.5).
4.2 Kompozit Yapısının Karakterizasyonu ve Özelliklerinin Belirlenmesi 4.2.1 Fourier dönüşümlü infrared (FTIR) spektroskopisi
YYPE’nin kil, CaCO3 ve cam elyaf ile yüzey etkileşimlerini ve PEgMA'nın
kompozit yapıları üzerindeki etkilerini belirlemek için FTIR analizi yapılmıştır. Çizelge 4.1'de polietilene ait karakteristik pikler ve dalga boyları detaylandırılmıştır.
Çizelge 4.1 : Polietilene ait karakteristik FTIR pikleri [33].
Dalgaboyu (cm-1) Titreşim
2919 Asimetrik CH2 gerilmesi
2851 Simetrik CH2 gerilmesi
1473-1463 CH2 eğilme deformasyonu
731-720 CH2 sallanma deformasyonu
Uyumlaştırıcısız ve uyumlaştırıcılı numunelerin FTIR spektrometreleri sırasıyla Şekil 4.1 ve Şekil 4.2'de verilmiştir. Buna göre YYPE'nin karakteristik absorbsiyon pikleri olan 2915 cm-1 asimetrik CH2 gerilmesi, 2848 cm-1 simetrik CH2 gerilmesi,
1472 cm-1 CH2 eğilme deformasyonu, 718 cm-1 CH2 sallanma deformasyonu
belirlenmiştir [7,33-35].
Şekil 4.1 ve 4.2'de görüldüğü üzere kil takviyeli kompozitler için YYPE'nin karakteristik piklerinde herhangi bir kayma gözlemlenmemiştir. Aynı şekilde eklenen uyumlaştırıcının da bu piklere etkisinin olmadığı görülmektedir. Bunun nedeninin kilin silika tabakalarındaki güçlü elektrostatik çekimin polimerin kil tabakaları içerisindeki dağılımını engellemesi olduğu düşünülmektedir [35]. YYPE'den farklı olarak çıkan 1050 cm-1
21
Şekil 4.2 : YYPE-kil kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması.
Şekil 4.3 : YYPE-PEgMA-kil kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması.
Kalsiyum karbonat takviyesinin YYPE'nin karakteristik piklerinde bir değişiklik yapmadığı Şekil 4.3'te görülmemektedir. 1423 ve 874 cm-1
'deki pikler kalsiyum karbonata aittir. 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 1000 2000 3000 4000 G eçirg enl ik ( %) Dalga boyu (cm-1) YYPE YYPE-Kil-1 YYPE-Kil-4 20 30 40 50 60 70 80 90 100 650 1650 2650 3650 G eç irg enlik ( %) Dalga boyu (cm-1) YYPE YYPE-PEgMA-Kil-1 YYPE-PEgMA-Kil-4
22
Şekil 4.4 : YYPE-CaCO3, YYPE-PEgMA-CaCO3 kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması.
Cam elyaf takviyesiyle elde edilen kompozitlerin Şekil 4.4'te verilen FTIR spektrumlarına göre diğer kompozitlerde olduğu gibi YYPE'nin karakteristik piklerinden farklı değildir.
Şekil 4.5 : YYPE-cam elyaf kompozit numunelerin FTIR sonuçlarının karşılaştırılması.
4.2.2 Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC)
Hazırlanan kompozit malzemelerin DSC analizi ile elde edilen erime sıcaklıkları, entalpi değişimleri ve % kristalinite değerleri Çizelge 4.2' de verilmiştir.
35 45 55 65 75 85 95 105 650 1650 2650 3650 G eç irg enlik ( %) Dalga boyu (cm-1) YYPE YYPE-CaCO3-15 YYPE-PEgMA-CaCO3-15 40 50 60 70 80 90 100 110 650 1150 1650 2150 2650 3150 3650 G eç irg enlik ( %) Dalga boyu (cm-1) YYPE YYPE-CE-1 YYPE-CE-2
23
Çizelge 4.2 : Kompozit numunelerin DSC analiz sonuçları.
Tm (°C) Entalpi Değişimi (ΔH) (J/g) Kristalinite (%) YYPE 134.1 ± 0.04 198.9 ± 24.9 68 YYPE-Kil-1 134.3 ± 0.32 167.0± 1.6 57 YYPE-Kil-4 134.3 ± 0.08 159.8 ± 8.4 55 YYPE-CaCO3-15 134.1 ± 0.18 163.6 ± 22.3 56 YYPE-CE-1 135.6 ± 0.62 210.0 ± 15.0 72 YYPE-CE-2 135.4 ± 0.42 225.3 ± 6.1 77 YYPE-PEgMA-Kil-1 133.1 ± 0.05 212.5 ± 18.6 73 YYPE-PEgMA-Kil-4 133.5 ± 0.38 208.2 ± 9.9 71 YYPE-PEgMA-CaCO3-15 132.7 ± 0.08 157.6 ± 4.1 54
DSC sonuçlarından; uyumlaştırıcısız numunelerde (YYPE-Kil-1, YYPE-Kil-4, YYPE-CaCO3-15) kil ve kalsiyum karbonat takviyelerinin erime sıcaklıklarına
belirgin bir etkisi olmadığı, fakat cam elyaf takviyesiyle elde edilen kompozit malzemenin erime sıcaklığının yaklaşık olarak 1.5˚C arttığı belirlenmiştir. Uyumlaştırıcılı numunelerde (PEgMA-Kil-1, PEgMA-Kil-4, YYPE-PEgMA-CaCO3-15) ise kil takviyeli malzemelerin erime sıcaklıklarının yaklaşık
olarak 1˚C, kalsiyum karbonat takviyeli malzemelerin ise 2˚C azaldığı belirlenmiştir. Literatürdeki çalışmalarda da takviye malzemelerinin saf YYPE ile karşılaştırıldığında erime noktalarında belirgin bir değişikliğe yol açmadığı görülmüştür [11,24].
Polietilen matris içerisine cam elyaf takviyesi kristaliniteyi arttırmaktadır. Bu durumdaki kristallinite artışına cam elyaf fiberlerinin kristalin oluşumundaki çekirdekleyici etkisinin neden olduğu düşünülmektedir [28].
Kil takviyesinin kristaliniteyi düşürdüğü belirlenmiştir. Bunun nedeni kilin polimer içerisinde aglomera olarak polietilen zincirlerinin hareket yeteneğini kısıtlaması ve kristalin zincir yapısını bozmasıdır [10,13]. Uyumlaştırıcı ve kil takviyeli numunelerdeki kristalinite artışı PEgMA ve kilin çekirdekleyici etkisinden kaynaklanmaktadır [15,24]. Ayrıca uyumlaştırıcı etkisiyle kilin polimer içerisinde
24
dağılarak kendi tabakalı yapısından kaynaklanan kristalinitesinden dolayı da kristalinite artışı olabilir.
Kalsiyum karbonat takviyesinin kristaliniteyi düşürmesinin nedeni ise, polietilenin moleküler hareket yeteneğini kısıtlayarak kristalin zincir yapısını bozmasıdır [9,23].
4.2.3 Isıl gravimetrik analiz (TGA)
TGA ile kompozit numunelerin bileşimleri belirlenmiştir. Ayrıntılı analiz sonuçları Çizelge 4.3'te verilmiştir.
Çizelge 4.3 : Kompozit numunelerin TGA sonuçları.
Numune Bileşim HDPE (%) Kil/CaCO3/Cam elyaf (%) YYPE 100.0 - YYPE-Kil-1 99.2 0.8 YYPE-Kil-4 97.4 2.6 YYPE-CaCO3-15 87.2 12.9 YYPE-CE-1 99.3 0.7 YYPE-CE-2 98.5 1.6 HDPE + PEgMA (%) Kil/CaCO3/Cam elyaf (%) YYPE-PEgMA-Kil-1 99.5 0.5 YYPE-PEgMA-Kil-4 97.4 2.6 YYPE-PEgMA-CACO3-15 85.2 14.8
Yapılan TGA analizinde uyumlaştırıcısız kompozitlerden YYPE-Kil-1'in kil miktarının %0.8, YYPE-Kil-4'ün kil miktarının %2.6 ve YYPE-CaCO3-15'in kalsiyum karbonat miktarının %12.9, YYPE-CE-1'in cam elyaf miktarının %0.72, YYPE-CE-2'nin ise cam elyaf miktarının %1.6 olduğu, uyumlaştırıcılı malzemelerde ise YYPE-PEgMA-Kil-1'in kil miktarının %0.5, YYPE-PEgMA-Kil-4'ün kil miktarının %2.6 ve YYPE-PEgMA-CACO3-15'in kalsiyum karbonat miktarının %14.8 olduğu görülmüştür.
25
Tam olarak istenilen oranlarda karışımların elde edilememesinin nedeninin takviye malzemelerinin hoppera veya ekstrüder içerisindeki bölgelere yapışmasından kaynaklanmış olduğu düşünülmektedir. Ayrıca takviye malzemeleri YYPE içerisinde homojen olarak dağılmamış olabilir. Bu durumun etkili bir ön karıştırma işlemi gerçekleştirilmemesinden kaynaklandığı düşünülmektedir [27].
Ancak elde edilen sonuçlar büyük üretim uygulamalarında kabul edilebilecek mertebededir.
4.2.4 Reolojik analizler
Numunelerin akış özellikleri, ekstrüder giriş ve çıkış sıcaklıkları dikkate alınarak belirlenen 170˚C ve 200˚C'de belirlenmiştir.
4.2.4.1 Rotasyonel reometre analizi
0.1-15 s-1 Kayma hızı aralığında elde edilen kayma gerilimleri ve viskoziteleri Şekil 4.5- 4.16'da verilmiştir.
Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin 170˚C'de kayma gerilimleri ve viskoziteleri YYPE ile karşılaştırıldığında değişim göstermemektedir.
YYPE-Kil-1 ve YYPE-CaCO3-15'in 200˚C'de de kayma gerilimleri değişim
göstermezken YYPE-Kil-4'ün kayma geriliminin çok az da olsa düştüğü belirlenmiştir.
Uyumlaştırıcılı kompozit numuneler için her iki sıcaklıkta da YYPE'ye göre daha düşük kayma gerilimleri tespit edilmiştir.
Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin her iki sıcaklıkta da kayma gerilimlerinde bir değişiklik olmamıştır.
26
Şekil 4.6 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (170˚C).
Şekil 4.7 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (200˚C).
27
Şekil 4.8 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (170˚C).
Şekil 4.9 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (200˚C).
28
Şekil 4.10 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (170˚C).
Şekil 4.11 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile kayma gerilimlerinin karşılaştırılması (200˚C).
1000 10000 100000 0 0 1 10 100 K ay m a Ge ri lim i (Pa) Kayma Hızı (s-1)
29
Kayma hızı ve kayma gerilmesi değerlerinden hesaplanan viskozite değerleri ile oluşturulan viskozite-kayma hızı eğrileri, akış (kayma hızı-kayma gerilmesi) eğrileri ile paralellik göstermektedir. Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin 170˚C'de viskozitelerinin değişmediği görülmektedir. Fakat 200˚C'de YYPE-Kil-4'ün viskozitesi diğer kompozit numunelerle kıyaslandığında az da olsa düşüş göstermiştir.
Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin viskoziteleri ise her iki sıcaklıkta YYPE'ye göre düşüş göstermesine rağmen kayma hızı arttıkça değerleri YYPE'ye yakınlaşmıştır. Uyumlaştırıcılı numunelerde viskozitenin azalma nedeni uyumlaştırıcı etkisidir [19].
Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin viskoziteleri her iki sıcaklıkta da değişim göstermemiştir.
Şekil 4.12 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (170˚C).
30
Şekil 4.13 : Uyumlaştırıcısız kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (200˚C).
Şekil 4.14 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (170˚C).
31
Şekil 4.15 : Uyumlaştırıcılı kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (200˚C).
Şekil 4.16 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (170˚C).
32
Şekil 4.17 : Cam elyaf takviyeli kompozit numunelerin rotasyonel reometre analizi ile viskozitelerinin karşılaştırılması (200˚C).
Genel olarak bakıldığında kompozitlerin hazırlanma işleminin yüksek kayma hızlarında yapıldığı göz önünde bulundurulduğunda takviye malzemelerinin kompozitlerin akış özelliğini prosesi etkileyecek şekilde değiştirmediği sonucu çıkarılmıştır.
4.2.4.2 Kapiler reometre analizi
Kompozit numunelerin yüksek kayma hızlarındaki viskoz davranışının incelenmesi için kapiler reometre analizi yapılmıştır. Kapiler reometre analizi SenapaStampa ile yürütülen TÜBİTAK-Teydeb projesi kapsamında mekanik özelliklerindeki gelişme açısından uygun görülen YYPE-PEgMA-Kil-4 için gerçekleştirilmiştir. Yüksek kayma hızlarında kompozit numunenin viskozitesinin YYPE ile karşılaştırıldığında değişmediği Şekil 4.17 ve 4.18'de görülmektedir. Bu sonuca göre YYPE'nin mekanik dayanımını arttırmak için eklenen kilin viskoziteyi arttırıcı bir etki yaratmadığı belirlenmiştir. Bu kompozitlerde istenen bir etkidir.
33
Şekil 4.18 : YYPE-PEgMA-Kil-4 numunesinin rotasyonel reometre ile ölçülen viskozitesinin YYPE ile karşılaştırılması (170˚C).
Şekil 4.19 : YYPE-PEgMA-Kil-4 numunesinin rotasyonel reometre ile ölçülen viskozitesinin YYPE ile karşılaştırılması (200˚C).
34 4.2.5 Çekme testi
Çekme testi sonuçlarına göre kompozit numunelerin akma dayanımları ve akma dayanımlarının YYPE'ye göre yüzde değişimleri Çizelge 4.4'te verilmiştir.
Çizelge 4.4 : Kompozit numunelerin çekme testi sonuçları.
Akma Dayanımı
(MPa)
Akma Dayanımının YYPE'ye Göre Değişimi (%) YYPE 27.5 ± 0.83 - YYPE-Kil-1 25.1 ± 1.20 -8.7 YYPE-Kil-4 23.9 ± 0.47 -13.1 YYPE-CaCO3-15 20.4 ± 0.61 -25.8 YYPE-CE-1 25.5 ± 2.24 -7.3 YYPE-CE-2 28.3 ± 0.28 2.9 YYPE-PEgMA-Kil-1 26.0 ± 0.83 -5.5 YYPE-PEgMA-Kil-4 26.8 ± 0.91 -2.5 YYPE-PEgMA-CaCO3-15 23.7 ± 0.72 -13.8
Bu sonuçlar incelendiğinde %2 cam elyaf takviyesi dışındaki tüm durumlarda akma dayanımının düştüğü belirlenmiştir. YYPE-Kil-1'in YYPE-Kil-4'e göre akma dayanımının daha yüksek olmasına rağmen Kil-4'ün YYPE-PEgMA-Kil-1'den daha yüksek akma dayanımına sahip olduğu belirlenmiştir. Dolayısıyla uyumlaştırıcı katılmadığında %4 oranındaki kilin polimer matrisi içerisinde dağılmayarak akma dayanımını düşürdüğü düşünülmektedir. Ayrıca uyumlaştırıcılı numunelerin akma dayanımları uyumlaştırıcısız numunelere göre daha yüksektir. Bunun nedeni uyumlaştırıcının polimer ile takviye malzemesi arasındaki yüzey etkileşimini arttırmasıdır [14-18]. Kalsiyum karbonat takviyesinin kompozit malzemelerin akma dayanımlarını düşürdüğü görülmüştür. %1 cam elyaf takviyesi de akma dayanımını düşürürken %2 cam elyaf takviyesi ise akma dayanımını yaklaşık olarak %3 oranında arttırmıştır. Genel olarak mekanik özelliklerde istenilen gelişimin elde edilemeyişinin nedeninin polimer matrisi ile takviye malzemeleri arasındaki yüzey etkileşimlerinin zayıf olması ve takviye malzemelerinin polimer
35
matrisine tutunamaması ve homojen olarak dağılmaması olduğu düşünülmektedir. Literatürde benzer açıklamalar mevcuttur [13,22,24,35].
4.2.6 Basma testi
Çekme testi sonuçlarına göre uyumlaştırıcı ve cam elyaf takviyeli numunelerin mekanik özelliklerinde, uyumlaştırıcısız numunelere göre iyileşme olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle de basma testi sadece uyumlaştırıcılı ve cam elyaf takviyeli numunelere uygulanmıştır.
Aynı proses şartlarında basılan şişelerin takviye malzemesine ve miktarlarına bağlı olarak kalınlıkları ve ağırlıkları değiştiği için basma testinden elde edilen değerler ağırlık ve kalınlığa bölünerek özgün dayanım hesaplanmıştır (Çizelge 4.5).
YYPE-PEgMA-4 numunesinin birim ağırlığa ve kalınlığa düşen yük miktarı YYPE ile karşılaştırıldığında yakın değerlerde olduğu görülmüştür. Ayrıca YYPE-CE-2 numunesinin YYPE ile karşılaştırıldığında ağırlığa göre özgül dayanımı %18 artarken, kalınlığa göre özgül dayanımının %8 artmıştır.
Çizelge 4.5 : Kompozit numunelerin basma testi sonuçları.
Kalınlık (mm) Ortalama Kalınlık (mm) Ağırlık (g) Maksimum Yük (N) Özgül Dayanım (N/g) Özgül Dayanım (N/mm) YYPE 1.12-1.73 1.43 169.95 530 3.12 370.63 YYPE-PEgMA-Kil-1 1.02-1.24 1.13 163.42 263 1.61 232.74 YYPE-PEgMA-Kil-4 1.58-2.0 1.79 195.92 651 3.32 363.69 YYPE-PEgMA-CaCO3-15 1.03-1.46 1.25 188.40 294 1.56 235.20 YYPE-CE-1 1.12-1.7 1.41 152.50 386.6 2.54 274.18 YYPE-CE-2 1.12-1.8 1.46 160.00 588.6 3.68 403.15
