Bartın Üniversitesi Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi

Transkript

1 Bartın Üniversitesi Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi Cilt 4 Sayı 1 (2016), Journal of Bartin University Engineering and Technological Sciences Vol. 4 Issue 1 (2016), Bartın Üniversitesi Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi Polimer Matrisli Kompozitlerin Çekme Mukavemetine Nano Katkıların Etkisi Alim KAŞTAN 1*, Okan ORAL 2 1 Organize Sanayi Bölgesi Mesleki ve Teknik Anadolu Lisesi, Antalya / TÜRKİYE 2 Akdeniz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Mekatronik Mühendisliği Bölümü, Antalya / TÜRKİYE Geliş Tarihi: Düzeltme Tarihi: Kabul Tarihi: Özet Polimer esaslı malzemelerin kullanım alanları sürekli olarak artmaktadır. Buna bağlı olarak, polimerik malzemelerden istenilen özelliklerde uygulamaya bağlı olarak değişmektedir. Hedeflenen özelliklerin elde edilebilmesi için endüstriyel gelişim ve akademik çalışmalar artarak devam etmektedir. Özellikle nano boyuttaki katkılar, polimer esaslı malzemelerin teknik özellikleri üzerinde son derece etkilidir. Genel olarak, malzemelerin nano boyuttaki özellikleri ile makro boyuttaki özellikleri değişiklik göstermektedir. Bundan dolayı, katkı malzemelerinin matris e ilavesinde boyutlar önemlidir. Bu derleme çalışmasında, polimer malzemelere ilave edilen nano katkıların çekme mukavemetine olan etkisi yapılan çalışmalar taranarak araştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Polimer, Nanokompozit, Çekme Mukavemeti The Effect of Nano Additives on the Tensile Strength of Polymer-Based Composites Abstract Application fields of polymer-based materials are continuously increasing. Accordingly, the desired properties from polymeric materials also varies depending on the application. Industrial development and academic studies continue to increase in order to achieve the targeted properties. In particular, nano-sized additives are extremely effective on the technical properties of polymer-based materials. Overall, the macro properties vary by size in the nanoscale properties of materials. In this review study, the effect of the additives added to the polymer nano-materials on their tensile strength were investigated by scanning through publications to date. Keywords: Polymer, Nanocomposite, Tensile Strength 1. Giriş 1900 lü yılların ikinci yarısından sonra kompozit malzemelerin üretimi ve mekanik özellikleri üzerinde araştırma ve geliştirme faaliyetleri artarak devam etmiştir. Pek çok farklı kompozit malzeme ve üretim türü mevcut olup her geçen gün bunlara yenileri eklenmektedir. [1]. Kompozit malzemeler iki ya da daha fazla bileşenden oluşan ve bileşenlerine göre daha üstün özellikler gösteren malzemelerdir. Kompozit malzemeler sayesinde daha hafif, daha kararlı ve daha ucuz üretim yapmak mümkündür olmuştur [2]. Nano sözcük olarak, bir fiziksel büyüklüğün bir milyarda biri anlamına gelir. Bir nanometreyse, metrenin bir milyarda birine eşit uzunluk birimidir. İnsan saç telinin çapının yaklaşık nanometre olduğu düşünülürse ne kadar küçük bir ölçekten bahsedildiği daha kolay anlaşılır. Yaklaşık atom bir araya gelerek nano ölçeklerde bir nesneyi oluşturur. Buna nano yapı denir [3]. Nanokompozit fikri ilk defa 1950 yılında ortaya atılmış, 1985 yılında da Toyota araştırma grubunun poliamid-kil karışımları çalışmalarıyla ilerlemeler kaydetmiştir. Günümüzde ise nanokompozitler polimer sanayinin her kesiminden ilgi görmektedir. Uygulama alanları da otomotivden paketlemeye, elektronik aletlerden ev aletlerine ve aleve dayanıklı her çeşit ürüne uzanmaktadır [4]. Polimerik nano kompozitler (PNC) genelde % 1 3 oranında nanopartikül içeren, tek bileşen ve tek faz gibi davranan materyallerdir. PNC ler saydamlık, düşük yoğunluk, yanıcılığı azaltma, düşük geçirgenlik, mekanik özelliklerinin gelişimi gibi özellikler içerir [5]. Matris içerisine katılan nanopartiküllerin şekli, boyutları ve oranı üretilen kompozitin özelliklerini etkiler [6]. Şekil 1 de değişik tip ve boyutlardaki nano katkılar şematik olarak görülmektedir. Nano katkı malzemeleri olarak genellikle karbon (örneğin; fulleren ve türevleri) [7 11], katmanlı kil mineralleri [12], nano boyutlu metaller ile organik ve inorganik mineraller kullanılır [13]. Nano katkıların geleneksek olarak mikro boyutta kullanılan katkılara göre üstün özellikleri vardır [14-16]. Bunlardan birincisi daha yüksek yüzey alanlarının matris ile etkileşimi arttırmasıdır. Şekil 1. Nano parçacık formları [6] İkincisi mikro boyuttaki katkılara göre daha az miktarda kullanılmasıdır. Bu sayede matris malzemesi düşük ağırlık, süneklik, iyi işlenebilirdik v.b özelliklerini muhafaza eder. Üçüncüsü ise mikro katkılara göre olumsuz etkilerinin daha az olmasıdır. Nanopartiküllerin malzeme içerisindeki dağılımı üretilen kompozitin özelliklerini direkt olarak etkiler. Ne yazık ki yüksek yüzey enerjilerinden dolayı nanopartikükleri polimer matris içerisinde homojen olarak dağıtmak zordur. Bu olumsuzluğu ortadan kaldırmak için ultrasonik vibrasyon, özel sol-jel ve yüksek enerji dispersiyon yöntemleri gibi teknikler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin içerisinde en çok kullanılanı ultrasonik vibrasyon yöntemidir [17-24]. Nanopartiküllerin matris içerisindeki dağılımı nanokompozitlerin özelliklerini doğrudan etkiler. Üretim sırasında mümkün olduğu kadar nanopartiküllerin polimer içerisinde homojen olarak dağılması istenir. Matris içerisindeki dağılım hataları kompozitin özelliklerini olumsuz etkiler. Özellikle nanokil katkılı kompozitlerde kil tabakalarının matris içerisinde ayrışarak düzgün Sorumlu Yazar: Kaştan A., , kastanalim@gmail.com

2 Kaştan A. ve Oral O. / B.Ü., MUTEB, 4 (1), Kaştan A. and Oral O. / BUJETS, 4 (1), 2016 bir şekilde dağılması istenir. Şekil 2 de polimer/kil kompozitlerin şeması görülmektedir. Srınath vd. [28] naylon 6 matris malzemesine %5 modifiye edilmiş montmorillonit (organokil) ilave ederek oluşturdukları polimer blendlerin çekme mukavemetini incelemişlerdir. Şekil 4 de gerinim-gerilim grafiği görülmektedir. Yapılan deneyler sonucunda %5 organokilin polimer blendlerin çekme mukavemetini yaklaşık %14 arttırdığını belirtmişlerdir. Matris içerisindeki nanokatkının enboy oranının artması ile polimer-nanokil arasındaki yapışmanın arttığını ve bu sayede polimer blendin çekme mukavemetini arttırdığını belirtmişlerdir. Şekil 2. Nanokillerin polimer içerisinde dağılımının şematik gösterimi [25]. Polimerlerden yapılmış ürünler kullanım sırasında değişik kuvvetlerin (yüklemelerin) etkisinde kalırlar. Örneğin; alışverişte kullanılan plastik poşetlere, içerisindeki malzemenin ağırlığına bağlı olarak çekme, plastik yer döşemelerine basıldığında sıkıştırma, araçlarda kullanılan lastikler sıkıştırma-eğilme yükleri ile karşılaşır. Mekanik özellikler, polimerlerin hangi tekniklerle işleneceklerine veya hangi alanlarda yararlı olabileceklerine yönelik bilgiler sağlarlar. Seramik, metal gibi malzemeler çok geniş süre ve sıcaklılarda kullanılabilirlerken, polimerlerin mekanik özellikleri yükün uygulanacağı sıcaklıktan ve uygulama zamanından önemli oranda etkilenir. Çekme, malzemenin iki ucundan malzeme yüzeylerine ters yönde uygulanan ve malzemelerin en çok karılaştığı kuvvet türüdür. Çekme mukavemeti ise malzeme boyundaki uzama miktarının malzemenin ilk boyuna oranıdır [26]. Bu çalışmada geniş bir literatür taraması yapılarak polimer malzemelere ilave edilen nano katkıların çekme mukavemetine olan etkisi incelenmiştir. 2. Polimer Matrisli Kompozitlerin Çekme Mukavemetine Nano Katkıların Etkisi Şekil 4. Nylon 6-Nanokil nanokompozitin gerilim-gerinin grafiği [28] Rajkumar vd. [29] Acrylonitrile Butadiene Rubber (NBR) matris malzemesine değişik oranlarda (%3-9) nanografit ekleyerek hazırladıkları kompozitin çekme deneylerini yapmışlardır. Şekil 5 te deneylerden elde edilen polimer-nanografitlerin çekme mukavemeti görülmektedir. Saf NBR nin çekme mukavemeti 2,4 MPa iken %3 grafit ile bu değer 3,5 MPa, %6 grafit eklenmesi ile 5,2 MPa ve %9 grafit eklenmesi ile de 6,3 MPa olduğunu belirtmişlerdir. NBR nin içerisindeki nanografit miktarının artması ile çekme mukavemeti artış göstermiştir. Deney sonuçları nanografitin NBR nin çekme mukavemeti üzerinde çok etkili olduğunu göstermiştir. Haa vd. [27] yaptıkları çalışmada montmorillonit (MMT) clay/epoxy nanocompositeslerin çekme mukavemetine olan etkisini araştırmışlardır. Deneylerde modifiye edilmiş (SM-MMT) ve modifiye edilmemiş (Na+-MMT) kullanmışlardır. Şekil 3 de deneylerden elde edilmiş çekme mukavemeti- % nano MMT grafiği görülmektedir. Yapılan deneyler sonucunda modifiye edilmiş SM- MMT nin çekme mukavemeti üzerinde daha etkili olduğunu tespit etmişlerdir. Bu durunu MMT nin modifikasyonu ile tabakalar arasındaki mesafenin artması ve buraya polimer zincirlerinin daha kolay girmesi olarak açıklamışlardır. Ayrıca her iki kompozit için yapıdaki nano MMT nin artması ile çekme mukavemetinin de arttığını belirtmişlerdir. Şekil 5. Grafit oranının çekme mukavemetine etkisi [29] Şekil 3. Montmorillonit (MMT)-epoksi nanokompozitlerin çekme mukavemeti [27] İsmail vd. [30] yaptıkları çalışmada etilen propilen dien monomer (EPDM) matris malzemesine haloysit nanotüp (HNT) ilave ederek oluşturdukları nanokompozitin özelliklerini incelemişlerdir. Deneylerden elde edilen çekme mukavemeti verileri şekil 6 da görülmektedir. EPDM içerisindeki HNT oranının artması ile çekme mukavemetinde artış görülmüştür. Bu artış %30 HNT için %217,4 ve % 100 HNT için %873,4 olarak ölçmüşlerdir. Çekme mukavemetindeki artışı EPDM/HNT arasındaki ara yüzeyde uçtan uca ve kenarlar arasında oluşan zikzak yapılardan ve üç boyutlu HNT lerin matris içerisindeki yönlenmelerinden kaynaklandığını vurgulamışlardır. Ayrıca HNT lerin yüksek oranlarda bile polimer matris içerisinde iyi dağılma özelliği ve EPDM ye mükemmel yüksek oranlarda katkı konulabilmesinden kaynaklandığını belirtmişlerdir.

3 Kaştan A. ve Oral O. / B.Ü., MUTEB, 4 (1), Kaştan A. and Oral O. / BUJETS, 4 (1), 2016 Loos vd. [33] iki farklı sertleştirme çevrimi kullanarak tek duvarlı karbon nanotüp (SWCNTs)-epoksi kompozitler hazırlamışlardır. Birinci metotta epoksi ve SWCNTs-epoksi nanokompoziti 35 saat oda sıcaklığında beklettikten sonra 24 saat vakum altında sertleştirmişler. Ürettikleri malzemeleri epoksi 1 ve kompozit 1 (%0,25 SWCNTs ilaveli) olarak adlandırmışlardır. İkinci metotta ise epoksi ve SWCNTs-epoksi nanokompoziti 24 saat oda sıcaklığında beklettikten sonra 135 saat vakum altında sertleştirmişler, malzemeleri de epoksi 1 ve kompozit 2 (%0,25 SWCNTs ilaveli) şeklinde adlandırmışlardır. Üretilen malzemelerin çekme değerleri tablo 2 de görülmektedir. Şekil 6. EPDM/HNT nanokompozitlerin çekme mukavemeti [30] Safadı vd. [31] Polistiren (PS) çok duvarlı karbon nanotüp (MWNTs) nanokompozitinden ütermiş oldukları plastik filmlerin içerisine değişik oranlarda ( %1, 2, 5) MWNTs katarak malzemelerin çekme mukavemetini incelemişlerdir. Deneylerden elde edilen çekme mukavemeti değerleri tablo 1 de görülmektedir. PS içerisindeki MWNTs oranına bağlı olarak nanokompozitlerin çekme mukavemet değerleri değişmiştir. Katkısız PS nin çekme mukavemeti 19,5MPa iken %1 MWNTs ilavesi ile bu değer 24,5MPa a yükselmiştir. PS içerisindeki MWNTs oranının artması ile çekme mukavemeti de artmıştır. Araştırmacılar kopma sırasında iki teori ortaya koymuşlardır. İlk teoride, eğer matris ve nanotüp arasında ki yapışma zayıf ise, çekme sırasında nanotüplerin yapıda defekt gibi davranarak olumsuz etki gösterebileceğini, ikinci teorilerinde matris ve nanotüp arasındaki bağlanma güçlü ise çekme sırasında nanotüplerin mukavemeti arttıracağını belirtmişlerdir. Tablo 1. PS-Nanokompzitlerin çekme değerleri [31] Malzeme adı Çekme mukavemeti (MPa) Katkısız PS 19,5 ± 3,0 PS+1% wt. MWNTs 24,5 ± 3 PS+3% wt. MWNTs 25,7 ± 1,2 PS+5% wt. MWNTs 30,6 ± 2,7 Cho vd. [32] çalışmalarında polivinilalkol (PVA) içerisine nano boyutta (en: 6.96 nm, boy:178 nm) mikrokristalin selüloz (MCC) ilave ederek ( %1, 3, 5, 7) oluşturdukları nanokompozitin testlerini yapmışlardır. Nanokompozite ilave edilen %1 MCC çekme mukavemetinde ters etki yaparak azalmaya sebep olmuştur. Bu durumu matris ve nanoselüloz arasında çekme sırasında oluşan gerilmenin düzgün bir şekilde dağılamamasına bağlamışlardır. Ancak malzeme, çerisindeki nanoselüloz oranının artması çekme mukavemeti de artmıştır. En yüksek çekme değerini PVA içerisine % 5 MCC ilave ederek hazırladıkları nanokompozitte elde etmişlerdir. Saf PVA ya göre çekme mukavemetinde %28 artış gözlemlemişlerdir. PVA/MCC nanokompozit içerisindeki MCC %7 ye çıkarılınca çekme mukavemetinde düşüş gözlemlemiştir. Bu düşmeye matris içerisindeki MCC miktarının artması ile oluşan topaklanmanın sebep olduğunu belirtmişlerdir. Şekil 7 de Nano selüloz oranının PVA nanokompozitin çekme dayanımına etkisi görülebilmektedir. Tablo 2. SWCNTs/epoksi nanokompozitlerin çekme mukavemeti değerleri [33] Malzeme adı Çekme mukavemeti (MPa) Epoksi I 2,2 ± 0,2 Kompozit 1 13,0 ± 0,6 Epoksi 2 8,5 ± 0,5 Kompozit 2 28,2 ± 0,5 Tablo 2 de görüldüğü üzere epoksi matris içerisine ilave edilen çok küçük orandaki (% 0,25) SWCNTs ile malzemelerin çekme mukavemetinde önemli değişim olduğu gözlemlenmiştir. Aynı koşullarda üretilen malzemelerin çekme mukavemetleri, birinci metotta 2,2 MPa dan 13 MPa ya (%491 artış), ikinci metotta 8,5 MPa dan 28,2 MPa ya (% 232 artış) yükselmiştir. Bu artışlar sırasıyla ve olarak hesaplanmıştır. Araştırmacılar bu artışı SWCNTs lerin mükemmel mekanik özelliklerinden, üretim sırasında matris içerisindeki SWCNTs dağılımımın düzgün olması ve SWCNT-matris arasında oluşan güçlü yapışma etkisi olarak açıklamışlardır. Suresha vd. [34] poliamid 66-poliprppilen (PA 66/PP) polimer blendin içerisine nanokil (NC), grafit (GR) ve kısa cam fiber (SCF) ilave ederek kompozit hazırlamışlardır. Bu kompozitlerin testlerini yaparak katkı maddelerinin malzeme özelliklerine olan eklisini araştırmışlardır. Oluşturulan kompozitler tablo 3 te görülmektedir. Araştırmacıların yaptıkları deneyler sonucunda malzeme içerisine ilave edilen NC, GR ve SCF nin polimer blendlerin çekme mukavemetini değiştirdiği görülmüştür. Tablo 3 de üretilen kompozitlerin deneylerden elde edilen çekme mukavemet değerleri görülmektedir. Malzeme içerisine ilave edilen 2%NC + 10%SCF ilave edilmesi ile en yüksek çekme mukavemet değerine ulaşılmıştır. Hatta bu değer katkısız Poliamid 66 dan bile daha büyüktür. 8 nolu numunenin %50 sinin PA 66 içermediği göz önüne alınırsa ulaşılan bu yüksek çekme mukavemetinin önemi daha da iyi anlaşılır. Araştırmacılar çekme mukavemetindeki bu artışı katkı maddeleri ile matris arasındaki daha iyi etkileşim ve katkı maddelerinin yapı içerisindeki üniform dağılımından kaynaklanabileceğini belirtmişlerdir. Peng vd. [35] yapmış oldukları çalışmada Poliviniliden flüorür (PVDF) içerisine değişik oranlarda (%1, 2, 5) nodifiye edilmiş nanokil (NC, Nanomer I.34TCN) ekleyerek polimerek nanokompozitler oluşturmuşlardır. Bu kompozitlerin mekanik ve aşınma testlerini yaparak ilave edilen nanokilin etkilerin araştırmışlardır. PVDF/NC kompozitlerin nanokil oranına göre çekme mukavemet değerlerindeki değişim tablo 4 te görülmektedir Şekil 7. Nano selüloz oranının PVA nanokompozitin çekme dayanımına etkisi [32].

4 Kaştan A. ve Oral O. / B.Ü., MUTEB, 4 (1), Kaştan A. and Oral O. / BUJETS, 4 (1), 2016 Numune No Tablo 3. Deneylerde kullanılan malzemeler ve çekme mukavemeti değerleri [34] Numune adı % Karışım oranı Çekme Mukavemeti (MPa) PP PA 66 Nano katkı 1 Poliamid ,94 2 Polipropilen ,71 3 PA66/PP ,65 4 2%NC-PA66/PP (NC) %NC- PA66/PP (NC) 21, %Gr-PA66/PP 47,5 50 2,5(Gr) 30,65 7 5%Gr-PA66/PP (Gr) 30,9 8 2%NC +10%SCF/PA66/PP 37, (NC+SCF) 49 Tablo 4. PVDF/Nanokil kompoiztlerin çekme mukavemeti değerleri [35] Numune adı Katkısız PVDF PVDF/%1Nanokil PVDF/%2Nanokil PVDF/% 5Nanokil Çekme Mukavemeti (MPa) 55,1 51,8 53,5 52,2 PVDF içerisine ilave edilen nanokil oranına bağlı olarak çekme mukavemeti değeri değişmiştir. En yüksek çekme mukavemeti değerini %3 nanokil eklenen numunede elde etmişlerdir. Ancak genel olarak PVDF içerisine ilave edilen nanokilin çekme mukavemetini düşürdüğünü tespit etmişlerdir. Çekme mukavemetinde meydana gelen bu azalmanın sebebini anlayabilmek için kopma yüzeylerinin SEM görüntülerini incelemişlerdir. Şekil 8 de PVDF/nanokil kompozitlerin kopma yüzeylerinin SEM resimleri görülmektedir. Yapılan incelemelerde katkısız PVDF nin kırılma yüzeyinde çok sayıda uzamış liflerin olduğunu tespit etmişlerdir. Ancak yapıya nanokil eklenmesi ile kırılma yüzeyindeki liflerin büyük miktarda azaldığını gözlemlemişlerdir. Nanokillerin tek eksenli yönlenmesinin çekme mukavemetindeki azalmaya sebep olabileceğini belirtmişlerdir. değiştiğini tespit etmişlerdir. Her iki katkı da polimerik nano kompozitin çekme mukavemetini arttırmıştır. Araştırmacılar çekme değerlerindeki bu artışı nano katkıların geniş yüzey alanlarına sahip olmaları olarak açıklamışlardır. Deneylerden elde edilen çekme mukavemeti verileri şekil 9 da görülmektedir. Nano silika için optimun oran %0,5 iken nano alümina için %1 olarak ölçmüşlerdir. Nano silikanın nano alüminaya göre düşük oranlarda daha etkili olmasını yüzey alanının daha geniş olmasına bağlamışlardır. Fakat matrise %1-1,5 nano alümina ilave edilince en yüksek çekme mukavemeti elde edilmiştir. Bu duruma, nano alüninanın nano silikaya göre daha küçük yüzey alanına sahip olması, polimer içerisinde daha kolay dağılması sonucunda aglomerasyon oluşmaması olarak açıklamışlardır. Her iki nano katkı için optimum oranlardan sonra çekme mukavemet değeri düşüş göstermiştir. Polimer içerisindeki nano katkıların oranının artması ile aglomerasyonun artması çekme mukavemetini düşürmüştür. a) b) Şekil 9. Nanokatkı oranına göre çekme mukavemetindeki değişim [36] Özsoy vd. [37] çalışmalarında epoksi matris içerisine değişik oranlarda ve değişik boyutlarda (mikro, nano) alüminyum oksit, titanyum oksit ve nanokil (montmorillonit) ilave ederek oluşturdukları polimerik nanokompozitin özelliklerini incelemişlerdir. Deneylerde kullanılan malzemelerinin özellikleri tablo 5 te görülmektedir. c) d) Şekil 8. PVDF-Nanokompozitlerin kırılma yüzeylerinin SEM görüntüleri a) katkısız PVDF, b) PVDF % 1 nanokil, c) PVDF/% 2 nanokil, d) PVDF/%5 nanokil [35] Swain vd. [36] çalışmalarında poliüretan (PU) içerisine değişik boyutlarda nano silika (7nm) ve nano alümina (13nm) ilave ederek oluşturdukları polimerik nanokompozitlerin mekanik özelliklerini incelemişlerdir. Araştırmacılar yaptıkları deneyler sonucunda PU içerisine ilave edilen nano silika ve nano alümina oranına bağlı olarak polimerik kompozitin çekme mukavemeti değerinin Şekil 10 da mikro ve nano epoksi kompozitin çekme mukavemetinin % katkı oranlarına göre değişimi görülmektedir. Şekilde görüldüğü gibi mikro katkı oranı arttıkça kompozitlerin çekme mukavemeti düşmüştür. Fakat nano katkılı kompozitlerin ise çekme mukavemetine %2,5 katkı oranına kadar artış görülmüştür. Bu artış TİO 2 için %8, Al 2O 3 için %12 olarak gerçekleşmiştir. Fakat nanokil mikro katkılara benzer özellik göstererek polimer kompozitin çekme mukavemetinde azalmaya sebep olmuştur. Bu durum nanokilin düşük oranlarda bile polimer matris içerisinde homojen olarak dalmaması sonucunda oluşan aglomerasyonun çekme sırasında yapıda gerilim konsantrasyonuna sebep olması şeklinde açıklamışlardır.

5 Kaştan A. ve Oral O. / B.Ü., MUTEB, 4 (1), Kaştan A. and Oral O. / BUJETS, 4 (1), 2016 Tablo 5. Deneyde kullanılan malzemeler ve özellikleri [37] Malzemeler Özellikler Yoğunluk(gr/cm 3 ) Üretici Firma Epoksi reçine (MGSL285) Bisfenol A Dost ChemiaCo. Alüminyum oksit (Al 2O 3) 45 μm 3.90 Eczacıbası Esan Co. Titanyum dioksit (TiO 2) 50 μm 4.00 Sintas Plastic Co. Uçucu kül 45 μm 2.00 KutahyaCement Co. Alüminyum oksit (Al 2O 3) 40 nm 3.88 Grafen Chemia Co. Titanyum dioksit (TiO 2) 10 nm,anatase 3.90 Grafen Chemia Co. Nanokil (montmorillonit trimetil stearil amonyum ile modifiye edilmiş) Nanomer 10 μm 1.90 Sigma Aldrich Şekil 10. Mikro-nano katkılı epoksi kompozitlerin çekme mukavemeti [37] Sezavar vd. [38] Poli Metil metakrilat (PMMA) içerisine nano boyutta alünina katarak kompozit hazırlamışlardır. Bu kompozitlerin deformasyon ve kırılma özelliklerini incelemişlerdir. Yapılan çalışmada üretilen kompozitlerin detayları tablo 6 da görülmektedir. Tablo 6. PMMA/Nonakompozitler ve çekme mukavemeti değerleri [38] Numune adı Al 2O 3 (kütlece%) Çekme mukavemeti (MPa) PMMA 0 44,7 PMMA/5% Al 2O ,9 PMMA/10% Al 2O ,8 PMMA/15% Al 2O ,0 Araştırmacılar yaptıkları deneyler sonucunda PMMA içerisine ilave edilen nano alüninanın kompozitin çekme mukavemetini düşürdüğünü tespit etmişlerdir. Tablo 6 dan da anlaşıldığı gibi kompozit içerisindeki nano alümina oranı arttıkça çekme mukavemeti değeri azalmıştır. Bir başka ifade ile nano alümina oranı ile çekme mukavemeti değeri ters orantılıdır. Çekme mukavemetindeki bu azalmayı araştırmacılar, nano alüminanın matris içerisinde aglomerasyonu sonucunda gerilim konsantrasyonuna sebep olması, çekme sırasında nanopartiküllerin etrafında oluşan yüksek gerilme sonucunda PMMA ve nano alümina arasındaki bağların kopması şeklinde açıklamışladır. Kaştan vd. [39] yapmış oldukları çalışmada poliamid 6 (PA 6) matris malzemesine değişik oranlarda yüksek yoğunluklu polietiken (HDPE), nanokil (montmorillonit) ve uyumlaştırıcı (ĞE-g-MA) ilave ederek hazırladıkları polimerik nanokompozitin mekanik özelliklerini incelemişlerdir. Üretilen kompozitlerin karışım oranları tablo 7 de görülmektedir. Tablo 7. Deneylerde kullanılan polimerik nanokompozitler [39] Numume Ağırlık ( kütlece %) Numune Adı No PA 6 YYPE PE-g-MA Nanokil 1 PA YYPE PA 6/YYPE PA6/YYPE/PE-g-MA PA6/YYPE/PE-g-MA/Nanokil PA6/YYPE/PE-g-MA/Nanokil PA6/YYPE/PE-g-MA/Nanokil PA6/YYPE/PE-g-MA/Nanokil PA6/YYPE/PE-g-MA/Nanokil PA6/YYPE/PE-g-MA/Nanokil

6 Kaştan A. ve Oral O. / B.Ü., MUTEB, 4 (1), Kaştan A. and Oral O. / BUJETS, 4 (1), 2016 Çekme mukavemetindeki değişimin oluşturulan malzemelerin katkısız, uyumlaştırıcılı, nanokil ilaveli ve bu katkıların oranlarının değişmesi ile nasıl etkilendiği araştırılmıştır. PA 6/YYPE/PE-g- MA(80/20/5) kompozitin çekme mukavemeti 35,3MPa olarak ölçülmüştür. %1 nanokil çekme mukavemetini 37 MPa ya yükseltmiştir. Kompozitteki nanokil oranı %3 e çıkarılınca çekme mukavemeti 37,8 MPa, %5 e çıkarılınca ise 40,6 MPa olmuştur. Buradan hareketle yapıya ilave edilen %5 nanokillin çekme mukavemetinde 13,5 MPa civarında artış meydana getirdiği görülmektedir. Bu artışın polimer zincirlerinin nanokil tabakalarının arasına girmesinden, ara yüzeyde yeni bağlar oluşmasından ve çekme sırasında zincirlerin hareketinin kısıtlanmasından kaynaklandığı sanılmaktadır. 50 Çekme Dayanımı(MPa) PA 6 HDPE PA 6/HDPE(80/20) MA(80/20/5) MA/Nanokil (80/20/5/1) MA/Nanokil (80/20/5/3) Malzeme Adı MA/Nanokil (80/20/5/5) MA/Nanokil (80/20/10/1) MA/Nanokil (80/20/10/3) MA/Nanokil (80/20/10/5) Şekil 11. Polimerik nanokompozitlerin çekme mukavemeti grafiği [39] 3. Sonuçlar Yapılan incelemeler sonucunda nano katkıların polimerlerin çekme mukavemetini doğrudan etkilediği görülmüştür. Bu etkinin farklı sebepleri vardır. Bunlardan birincisi polimer matrise ilave edilen nano katkının oranı ile ilgilidir. Çekme mukavemeti için optimum oran genellikle % 2-5 aralığıdır. Bu oranın değişmesi ile nano katkının çekme mukavemeti üzerindeki etkinliği azalmaktadır. Matris içerisindeki nanokatkının artması ile polimer zincirlerinin oluşumunu olumsuz yönde etkilediğinden, kompozitin çekme mukavemetini azalttığı düşünülmektedir. Diğer yandan matrise ilave edilen nanokatkının yetersiz olması durumunda ise nanokatkıların polimer zincirlerinin hareketlerini yeterince etkileyemediğinden çekme mukavemetini değiştiremediği sanılmaktadır. Çekme mukavemetini etkileyen bir diğer parametrede nano katkıların boyutlarıdır. Artan nanokatkı boyutu ile genellikle çekme mukavemetine olan olumlu etki azalmaktadır. Burada nano katkının büyüklüğünün yanında en/boy oranının da çekme mukavemetini etkilediği tespit edilmiştir. Nano katkıların çekme sırasında matris ile oluşturdukları ara yüzeyler, polimer zincirlerinin tabakalar arasına girmesi, matris malzeme ile aralarında yeni bağlar oluşturması ve yüzey alanlarının geleneksel makro boyuttaki katkı maddelerine göre büyük olması da çekme mukavemetini etkileyen diğer önemli özellikleridir. Kaynaklar 1. Pul, M., Çalın, R., Çıtak, R., Ulvi Şeker, U., Düşük Takviyeli MgO-Al Kompozitlerin Vakumlu İnfiltrasyonunda Takviye Oranının İnfiltrasyon Davranışına Etkisi. Politeknik Dergisi Cilt:12 Sayı: 3 s , M.E. Tuttle, Structural Analysis of Polymeric Composite Materials, Marcel Dekker, Inc., Çıracı, Si, Özbay, E., Gülseren., O., Demir, H, V., Bayındır, M., Oral, A., Senger, T., Aydınlı, A., Dana, A., Türkiye de Nanoteknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi, Ağustos Sayısı, 4-23, Kaya, M., Plastik Nanokompozitler, Pagev Plastik Dergisi, Mart-Nisan Sayısı, 84, Saçaklı, Y., Değişik Partikül Boyutlarındaki Mg(Oh)2 Katkılı Polipropilen (Pp) Nanokompozitinin Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Marmara Üniversitesi, İstanbul, Sheng, N., Boyce, M, C., Parks, D, M., Rutledge, G, C., Abes, J, I., Cohen, R,E, Multiscale micromechanical modeling of polymer / clay nanocomposites and the effective clay particle. Polymer, Vol. 45, , Olad, A., Nanotecnology and Nanomaterials Advences in Direrse industrial Applications of Nanocomposites. ISBN , Sokolov, V. I., and Stankevich, I. V., The fullerenes-new allotropic forms of carbon: Molecular and electronic structure, and chemical properties. Russ. Chem. Rev., 62(5) , Nie, B., and Rotello, V., Attachment of fullerenes to materials: The importance of backbone-fullerene interactions. J. Phys. Chem. Solids, 58 (11) , Ginzburg, B, M., Shibaev, L, A., Kireenko, O, F., Shepelevskii, A, A, Melenevskaya, E, Y., Ugolkov, V, L., Thermal degradation of fullerene containing polymer systems and formation Of tribo polymer films. Polym. Sci.,A47(2) , Pesetskii, S, S., Zhdanok, S, A., Buyakov, I, F., Bogdanovich, S, P., Solntsev, A, P., Krauklis, A,V., Structure and properties of polyamide 6 modified in melt with carbon nanomaterials. DokladyNatsionalnoi Academi, Nauk Belarusi (Reports of National Academy of Science of Belarus), 48(6) , Ke, Y, C., and Stroeve, P, Polymer-Layered Silicate and Silica Nanocomposites, , Elsevier, Amsterdam, Pomogailo, A, D., Rozenberg, A, S., Ufliand, I, E., Metal nanoparticles, in Polymers, Khimia, Moscow,(Russian translation), Rong, M, Z., Zhang, M, Q., Liu, H., Zeng, H, M., Wetzel, B.. Friedrich, K., Microstructure and Tribologica lbehavior of polymeric nanocomposites, Ind.Lubr. Tribol., , Rong, M, Z., Zhang, M, Q., Zheng, Y, X., Zeng, H, M., Friedrich, K, Improvement of tensile properties of nano- SiO2/PP composites in relation to percolation mechanism. Polymer, , Zhang, H., Zhang, Z., Friedrich, K., Eger, C., Property improvements of in situ epoxy nanocomposites with reduced

7 Kaştan A. ve Oral O. / B.Ü., MUTEB, 4 (1), Kaştan A. and Oral O. / BUJETS, 4 (1), 2016 interparticle distance at high nanosilica content. Acta Mater., , Kuo, M, C., Tsai, C, M., Huang, J, C., Chen, M., PEEK composites reinforced by nano-sized SiO2 andal2o3 particulates. Mater. Chem. Phys., , Chisholm,. N., Mahfuz, H., Rangari, V, K., Ashfaq, A., Jeelani, S., Fabrication and mechanical characterization of carbon/sicepoxy nanocomposites. Compos. Struct., , Evora, V, M, F., and Shukla, A., (Fabrication, characterization, and dynamic behavior ofpolyester/tio 2 nanocomposites. Mater. Sci. Eng. A, , Lam, C, K, K., and Lau, T., Localized elastic modulus distribution of nanoclay/epoxy composites by Using nano indentation. Compos. Struct., , Lin, J, C., L., Chang, C., Nien, M, H., Ho, H, L., Mechanical behavior of various nanoparticle filled composites at lowvelocity impact. Compos. Struct., , Matejka, L., Dukh., O., Kolarik, J., Reinforcement of crosslinked rubbery epoxies by in situ formed silica. Polymer, , Wetzel, B., Haupert, F., Zhang, M, Q., Epoxy nanocomposites with high mechanical and tribological performance. Compos. Sci. Technol , Wetzel, B., Rosso, P., Haupert, F., Friedrich, K., Epoxy nanocomposites fracture and toughening mechanisms. Eng. Fract. Mech., , Alexandre, M., and Dubois, P., Polymer layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials. Materials Science and Engineering, Saçak M., Polimer Teknolojisi, ISBN , Haa, S, R., Ryub, S, H., Park S, J., Rheed, K, Y., Effect of clay surface modification and concentration on the tensile performance of clay/epoxy nanocomposites, Materials Science and Engineering A , Srınath G., and Gnanamoorthy, R., Effect of nanoclay reinforcement on tensile and tribo behaviour of Nylon 6, Journal of Materıals Science , Rajkumar, K., Kumari, N., Ranjith, P., Chakraborty, S, K., Thavamani, P., Pazhanisamy., P.Jeyanthi, P., High Temperature Resistance Properties of NBR Based Polymer Nanocomposites, International Journal of ChemTech Research, Vol. 3-.3, , Ismail, H., Pasbakhsh, P., Fauzi, M, N, A., Bakar, A., Morphological, thermal and tensile properties of halloysite nanotubes filled ethylene propylene diene monomer (EPDM) nanocomposites. Polymer Testing , Safadı, B., Andrews, R., Grulke, E, A., Multiwalled Carbon Nanotube Polymer Composites: Synthesis and Characterization of Thin Films. Journal of Applied Polymer Science, Vol , Cho, M, J., and Park, B, D., Tensile and thermal properties of nanocellulosereinforced poly(vinyl alcohol) nanocomposites. Journal of Industrial and Engineering Chemistry , Loos, M, R., Pezzin, S, H., Amico, S, C., Bergmann, C, P., Coelho, L, A, F., The matrix stiffness role on tensile and thermal properties of carbon nanotubes /epoxy composites. J Mater Sci , B. Suresha a., B.N. Ravi Kumar., M. Venkataramareddy., T. Jayaraju., Role of micro/nano fillers on mechanical and tribological properties of polyamide 66/polypropylene composites. Materials and Design , Peng, Q, Y., Cong, P, H., Liu, X, J., Liu, T, X., Huang, S., LI, T, S., The preparation of PVDF/clay nanocomposites and the investigation of their tribological properties. Wear , Swain, S., Sharma, R, A., Bhattacharya, S., Chaudhary, L., Effects of Nano-silica/Nano-alumina on Mechanical and Physical Properties of Polyurethane Composites and Coatings. Transactıons On Electrıcal And Electronıc Materıals Vol. 14, No. 1, Pp. 1-8, Ozsoy, I., Demirkol, A., Mimaroglu, A., Unal, H., Demir, Z., The Influence of Micro- and Nano-Filler Content on the Mechanical Properties of Epoxy Composites. Journal of Mechanical Engineering , Sezavar, A., Zebarjad, S., Seyed M., Sajjadi, A., A Study on the Effect of Nano Alumina Particles on Fracture Behavior of PMMA. Technologies. 3, ; doi: technologies , Kaştan, A., PA 6/ PE / Nano-Kil Kompozitlerin Özelliklerinin İncelenmesi. Doktora Tezi, Pul, M., Çalın, R., Çıtak, R., Ulvi Şeker, U., Düşük Takviyeli MgO-Al Kompozitlerin Vakumlu İnfiltrasyonunda Takviye Oranının İnfiltrasyon Davranışına Etkisi. Politeknik Dergisi Cilt:12 Sayı: 3 s , 2009