Poliamid 6,6 Şekil-1 de gösterildiği gibi hegzametilen diamin ve adipik asidin polimerizasyonuyla oluşur



Benzer belgeler
Mert KILINÇ, Göknur BAYRAM. Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 06531, ANKARA ÖZET

KARBON ELYAF TAKVİYELİ POLİAMİT 6 KARMALARIN ISIL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Kristalizasyon Kinetiği

POLİPROPİLEN-ZEOLİT KOMPOZİTLERİN TERMAL ÖZELLİKLERİNDE SİLAN BAĞLAYICILARIN ETKİSİ

Termal analiz esasları;

DOKUMA BAZALT-CAM VE FINDIK KABUĞU TAKVİYELİ POLİMER KOMPOZİTLERİNİN EĞİLME DAYANIMI VE ISI GEÇİRGENLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

PLASTİKLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

MALZEME BİLGİSİ DERS 7 DR. FATİH AY. fatihay@fatihay.net

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

2/13/2018 MALZEMELERİN GRUPLANDIRILMASI

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Akreditasyon Sertifikası Eki. (Sayfa 1/7) Akreditasyon Kapsamı

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

METALURJİ VE MALZEME MÜH. LAB VE UYG. DERSİ FÖYÜ

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/8) Akreditasyon Kapsamı

İki malzeme orijinal malzemelerden elde edilemeyen bir özellik kombinasyonunu elde etmek için birleştirilerek kompozitler üretilir.

PLASTİK ATIKLARI PİROLİZ KİNETİĞİ PARAMETRELERİNİN İZOTERMAL OLMAYAN KOŞULLARDA BELİRLENMESİ

PBT KULLANIMI VE SAĞLADIĞI AVANTAJLAR

ÇANAKKALE-ÇAN LİNYİTİNİN KURUMA DAVRANIŞI

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/6) Akreditasyon Kapsamı

PLASTİK ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

Enerji iş yapabilme kapasitesidir. Kimyacı işi bir süreçten kaynaklanan enerji deyişimi olarak tanımlar.

Plastik Parçanın Performansı Etkilenir:

Şekil 1. Sarkaçlı darbe deney düzeneği

3.BÖLÜM: TERMODİNAMİĞİN I. YASASI

PLAZMA TEKNİĞİ İLE POLİÜRETAN HİDROJELLERİN YÜZEY ÖZELLİKLERİNİN DEĞİŞTİRİLMESİ. Asuman Koç, Tuğba Akkaş, F. Seniha Güner a

MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/4) Akreditasyon Kapsamı

matris: a (Mo) (sünek) woven fibers cross section view fiber: g (Ni 3 Al) (kırılgan)

Bor Karbür Üretimi ve Karakterizasyonu

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

Prefabrik Beton İmalatında Buhar Kürü. Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

ANALİZ LİSTESİ. 150*150*150 ebatlarında 7 veya 28 Günlük Kürü Tamamlanmış Küp Beton Numune

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/7) Akreditasyon Kapsamı

İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 BÖLÜM 2

Akreditasyon Sertifikası Eki. (Sayfa 1/4) Akreditasyon Kapsamı

BURULMA DENEYİ 2. TANIMLAMALAR:

Kompozit Malzemeler. Tanım:

MalzemelerinMekanik Özellikleri II

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

matris: a (Mo) (sünek) woven fibers cross section view fiber: g (Ni 3 Al) (kırılgan)

PET FİLMLERİN SU BUHARI GEÇİRGENLİĞİNE ISIL İŞLEM ETKİSİ

NÜKLEER FİSYON Doç. Dr. Turan OLĞAR

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/7) Akreditasyon Kapsamı

ÇİMENTO BASMA DAYANIMI TAHMİNİ İÇİN YAPAY SİNİR AĞI MODELİ

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

Karakterizasyon Teknikleri. Malzeme Üretim Laboratuvarı II

BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal

= σ ε = Elastiklik sınırı: Elastik şekil değişiminin görüldüğü en yüksek gerilme değerine denir.

Sıcaklık (Temperature):

MMT113 Endüstriyel Malzemeler 9 Polimerik Malzemeler. Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Güz Yarıyılı

2009 MÜFREDATI MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ / MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI SINIF: 1 DÖNEM: GÜZ. Ders Kodu Dersin Adı T P K ECTS Ders Tipi

Yedinci Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 5-8 Eylül 2006, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir YMN15

Kil Nedir? Kristal yapıları birbirinden farklı birkaç mineralin oluşturduğu bir karışımın genel ismidir

TAHRİBATLI MALZEME MUAYENESİ DENEYİ

YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN VE POLİPROPİLEN ATIKLARIN AKIŞKAN YATAKTA PİROLİZİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ PROGRAMI

POLİMER KİMYASI -9. Prof. Dr. Saadet K. Pabuccuoğlu

İnorganik ve Organik Katkılı PCL Kompozitlerin Isıl ve Enzimatik Bozunma Mekanizmaları ve Kinetiği

Kompozit Malzemeler. Tanım:

TEKSTİL MATERYALLERİNİN YANMA MEKANİZMASI VE LİMİT OKSİJEN İNDEKS DEĞERLERİ

Camlaşma Kabiliyeti; 2. HAFTA

9.7 ISIL İŞLEM SIRASINDA GIDA BİLEŞENLERİNİN PARÇALANMASI

Maksimum Agrega Tane Boyutu, Karot Narinliği ve Karot Çapının Beton Basınç Dayanımına Etkisi GİRİŞ

Yoğun Düşük sürünme direnci Düşük/orta korozyon direnci. Elektrik ve termal iletken İyi mukavemet ve süneklik Yüksek tokluk Magnetik Metaller

Dislokasyon hareketi sonucu oluşan plastik deformasyon süreci kayma olarak adlandırılır.

T.C. KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ. Rektörlüğü ne. Fakültemizde bulunan Ar-Ge Laboratuarı 2014 Yılı Faaliyet Raporu ektedir.

MMM 2011 Malzeme Bilgisi

Akreditasyon Sertifikası Eki (Sayfa 1/5) Akreditasyon Kapsamı

YAŞ KALIPLAMA KUMUNUN OPTİMİZASYONU VE STANDARTLAŞTIRILMASI

BOR UN ROKET YAKITLARINDA KULLANIMI

Hitit Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 19030,ÇORUM

MALZEME BİLİMİ Güz Yarıyılı Kocaeli Üniversitesi Ford Otosan Ġhsaniye Otomotiv MYO. Yrd. Doç. Dr. Egemen Avcu

MALZEME SEÇİMİ ve PRENSİPLERİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Burma deneyinin çekme deneyi kadar geniş bir kullanım alanı yoktur ve çekme deneyi kadar standartlaştırılmamış bir deneydir. Uygulamada malzemelerin

ŞEKİLLENDİRME SONRASI ISIL SÜREÇLERİN YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN (HDPE) BORULARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

POLİPROPİLENİN FARKLI TİPTE ZEOLİTLER ÜZERİNDEKİ ISIL-KATALİTİK BOZUNMASININ İNCELENMESİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

LAZER FLAŞ YÖNTEMİNİ KULLANARAK MALZEMELERİN ISI İLETİM KATSAYISININ DENEYSEL OLARAK TAYİN EDİLMESİ VE ÖRNEK BİR UYGULAMA

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

Döküm Prensipleri. Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar. İstanbul Üniversitesi

İki Farklı Kendiliğinden Yayılan Şap Kinetiği PÇ Baskın & KAÇ Baskın- Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

METALİK MALZEMELERİN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ BAHAR 2010

Zeyfiye TEZEL Mehmet KARACADAĞ

Dielektrik malzeme DİELEKTRİK ÖZELLİKLER. Elektriksel Kutuplaşma. Dielektrik malzemeler. Kutuplaşma Türleri Elektronik kutuplaşma

6. Oksidasyon Kararlılığının Tespiti

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ

Kalsiyum Aluminat Çimentosu Esaslı Reaktif Pudra Harçlar (RPM) Çimento Araştırma ve Uygulama Merkezi

ATAKTİK POLİPROPİLENİN MALEİK ANHİDRİD İLE MODİFİKASYONU

Transkript:

BASINÇLI VE SICAK SU ŞARTLARINDAKİ PA 6,6 (POLİAMİD) GF 30 KOMPONENTLERİN YAŞLANMA ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI 1. Nur KARAŞAHİN *, 2. Doç. Dr. Serap CESUR**, 3. Prof. Dr. Mesut YENİGÜL** *Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 35100 Bornova, İzmir Bosch Termoteknik Sanayi ve Ticaret A.Ş. ** Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, 35100 Bornova, İzmir E-mail: nur.karasahin@tr.bosch.com, cesur.serap@gmail.com, mesut.yenigul@ege.edu.tr ÖZET Cam fiberle güçlendirilmiş poliamid 66, yüksek mekanik mukavemet, mükemmel güç/tokluk oranı, yüksek ısıl performans, iyi elektriksel ve yanma özellikleri ile iyi yıpranma dayanımı ve kimyasal dirence sahip bir mühendislik polimeridir. Bahsedilen bu üstün özelliklerinden ötürü, otomotiv parçalarında, endüstriyel vanalarda, indüksiyon bobinlerinde metallerin yerini almıştır. Kombilerde ise yüksek sıcaklık ve basınçtaki suya maruz kaldığı hidrolik parçalarda kullanım alanı bulmaktadır. 1. Bu çalışmada incelenen malzeme, 2,5 mm. kalınlığa sahip poliamid 66 %30 cam fiberle güçlendirilmiş boru yapısındadır. Cam fiber ilavesi yapının güç/tokluk oranının, maliyetle optimizasyonu sonunda belirlenir. Malzeme yapısında yüzde olarak cam fiberin çok artırılması (%60 gibi) malzeme kaynak/birleşim çizgileri açısından kritik bir durum yaratabilecek, diğer taraftan daha yüksek bir yoğunluğa sahip olduğundan, daha yüksek maliyetleri de beraberinde getirebilecektir. Termoplastiklerde genel olarak kesik fiberler kullanılır. Kullanılan 2. Fiberlerde uzunluğun çapa oranı Aspect Oranı (l:d) olarak adlandırılır. Kısa fiber kompozitlerin özellikleri bu orana bağlıdır; oran büyüdükçe kompozitin güç ve dayanımı artış eğilimi gösterir. Plastiklerin güç ve dayanımlarında en büyük gelişme tek yönlü sürekli fiber kullanıldığında sağlanır. Bu tür sistemlerin analizleri nispeten daha kolay anlaşılırdır. Tablo-1 de cam fiberle güçlendirilmiş Nylon-66 malzemelerde çekme mukavemeti ve esneme modülü değerleri değişimleri verilmektedir [1]. Tablo-1. Farklı fiber yapılarında Nylon 6,6 özellikleri Poliamid 6,6 Şekil-1 de gösterildiği gibi hegzametilen diamin ve adipik asidin polimerizasyonuyla oluşur 1

Şekil-1. Poliamid 6,6 Tekrar Eden Reaksiyon Mekanizması ve Monomer Yapısı Bu çalışmada 2,5 bar ve 95 C de farklı müddetlerde yaşlandırılmış örneklerde, malzeme özelliklerinin değişimi irdelenecektir. Yapılan analizler, termal gravimetrik analiz, DSC de erime noktası, camsı geçiş sıcaklığı noktası, kristallenme noktası, entalpi değeri ile, XRD metoduyla kristal yüzdesi tayini, ATR metoduyla fonksiyonel gruplarının değişimi araştırmaları yürütülmüştür. Malzemenin yaşam müddetini ve aktivasyon enerjisini belirleme çalışmaları kapsamında, Arrhenius denkleminden yola çıkılacaktır. Anahtar kelimeler: poliamid 6,6, yaşlanma, kristalinite, aktivasyon enerjisi GİRİŞ Polimer matriks kompozitleri kullanıldığı ortam koşullarında orijinal özelliklerinde geri dönüştürülemez değişiklikler yaşayacaktır ve bu değişiklikler polimerin kullanım ömrünü etkin bir şekilde kısıtlayacaktır. Polimerik kompozitlerin özelliklerinde zamana bağlı yaşanan bu değişiklikler yaşlanma olarak adlandırılır. Yaşlanma üç ana mekanizmaya bölünebilir: kimyasal, fiziksel ve mekaniksel. Bu mekanizmalar arasındaki etkileşimler yüksek oranda iki değişkene bağlıdır; malzeme karakteri ve yaşlanma ortamı. Tüm yaşlanma mekanizmaları yapıya ilaveler getiren ya da yapıdaki bağları kırarak küçülten nitelikte olabilir. Bu sebeple uygulama esnasındaki çevresel baskıları belirlemek ve malzemenin belirgin bir kimyasal, fiziksel ve mekaniksel değişikliklere geçişine sebep olan en kritik faktörleri derinlemesine incelemek önemlidir. Isı, nem, mekanik yük, vb tümü çevresel bozunma faktörleridir. Kritik degredasyon mekanizması bir veya birkaç malzeme ana yapı özelliklerini değiştirebilir. Üç ana yaşlanma mekanizması altta verildiği gibidir; Kimyasal Yaşlanma: Kimyasal yaşlanma polimer matrisindeki çapraz bağlanma veya zincir kopması gibi geri dönüştürülemez değişiklikler ile ilgilidir. Kimyasal bozunma mekanizmaları termo-oksidatif, termal ve hidrolitik olarak gruplandırılabilir. Tipik operasyon şartlarında, çapraz bağlanma ve oksidasyon en baskın kimyasal yaşlanma mekanizmalarıdır. Termo-oksidatif bozunma maruz kalınma sıcaklığı ve süresi arttıkça yüksek önem kazanır. Çoğunlukla, kimyasal yaşlanma, güç ve dayanım/tokluk gibi mekaniksel özellikleri etkileyen camsı geçiş sıcaklığının, Tg, artmasını sağlayan çapraz bağlanma yoğunluğu artışını beraberinde getirir. Fiziksel Yaşlanma: Fiziksel yaşlanma polimer hızlı bir şekilde malzemenin termodinamik evrim geçirdiği camsı geçiş sıcaklığının altına düşürülmesiyle gerçekleşmektedir. Evrim, serbest hacim, entalpi ve entropi değişimi ile karakterize edilebilir ve bu durum malzemenin mekaniksel özelliklerinde belirgin değişiklikler meydana getirmektedir. Fiziksel yaşlanma malzemenin camsı bölgesindeki mukavemet, dövülebilirlik, güç gibi özelliklerinde sorumludur. Polimer kompozit yapıların büyük bir kısmı camsı bölgede kullanıldıklarından, fiziksel yaşlanmanın malzemenin uzun süreli dayanımındaki rolü büyüktür. Fiziksel yaşlanma tüm amorf yapılar için malzemenin Tg değerinin üzerine ısıtılıp, ani soğutma yapılması ile termo-dönüşür/tersinirdir. 2

Termoset malzemelerde yüksek sıcaklıklarda çapraz bağlanma ve/veya zincir kopması gibi durumlar yaşanabildiğinden, termo-dönüşür davranışın olmadığı varsayılır. Operasyonel ortalama sıcaklık ve yaşam ömrü termal geçmişin fiziksel yaşlanma üzerindeki etkisi büyüktür. Mekaniksel Yaşlanma: Mekanik bozunma mekanizmaları makroskopik boyutta gözlenebilen, tersinmez proseslerdir. Bu bozunma mekanizmaları matriks kırılması, delaminasyonu, arayüz bozunması, fiber kırılması gibi unsurları içerir ve daha çok güç, dayanım gibi yapıya bağlı mühendislik özellikleri üzerinde doğrudan etkisi vardır [2]. Arrhenius denklemi, malzemenin maruz kaldığı ortam şartlarında yaşlanmasıyla, kimyasal yapısında gerçekleşen bozunumun sıcaklığa bağlı hız sabiti değişimini irdeler. Dolayısıyla malzeme yapısında gerçekleşen bir kimyasal reaksiyon üzerinden, malzeme yapısındaki değişiklikleri inceleyerek aktivasyon enerjisini hesaplar. Aktivasyon enerjisi, madde yapısındaki atom veya molekülleri bir kimyasal reaksiyonu gerçekleştirebilecekleri seviyeye getirmek için gerekli minimum enerjidir, Ea ile sembolize edilir, birimi kj/mol dur [3]...Denklem-1 k: Boltzmann sabiti A: ön eksponansiyel sabiti (1/s, frekans faktörü) Ea: aktivasyon enerjisi (J/mol) R: gaz sabiti (8,314 J/mol.K) T: sıcaklık (K) Denklemin hızlandırma faktörü ve farklı varyasyonlarıysa altta verildiği gibidir;..denklem-2......denklem-3 t ref : düşük sıcaklıkta belirlenen sınır kabul kriterine göre (burada yarılanma zamanı) gerekli süre (belirlenen herhangi bir zaman birimi) t T : yüksek sıcaklıkta belirlenen sınır kabul kriterine göre (burada yarılanma zamanı) gerekli süre (belirlenen herhangi bir zaman birimi), Ea: aktivasyon enerjisi (J/mol) R: gaz sabiti (J/mol.K), Tref: referans olarak alınan düşük sıcaklık değeri (K) T: yüksek sıcaklık değeri (K) 1. DENEYSEL YÖNTEM Bu çalışmada kullanılan poliamid 6,6 GF30 malzemesi, içlerinden 95 C de 2,5 bar basınç altında su geçirilmek suretiyle yaşlandırılmıştır. Malzemelerin dışı ortam havasıyla temas halindedir. Deneyler referans 0 örnek ile sırasıyla 200, 500, 1100, 1500 ve 2700 saat yaşlandırılmış örneklerden alınan iç ve dış katman kesitlerinde gerçekleştirilmiştir. Malzeme yapısında ısı stabilizörlerinin, yüksek sıcaklık altında ne miktarda kalabildiği ve malzemeyi koruması açısından dayanımın ne şekilde değiştiğini incelemek için ASTM E-2009 standardı dahilinde DSC cihazında oksijen altında bozunum testleri yapılmıştır. Oksidasyon onset sıcaklıklığı, ısı akısına karşılık sıcaklık termogramından belirlenmiştir (Bkz. Şekil-2). Sıcaklık arttıkça, kristal bölge geçişini temsil eden erime noktası piki sonrası, polimerin 3

bozunduğunu işaret eden egzoterm piki gözlenmiştir. Onset sıcaklığı, alt temel pik uzantısının, gözlenen ikinci pikin tanjant uzantısı alınarak hesaplanmıştır [4]. Şekil-2. Poliamid 66 TipikDSC grafiği Şekil-3. Poliamid 66 XRD grafiği Kristalinite yüzdesi (% X c ) kristal pik bölge alanının, toplam alana bölünmesiyle elde edilir. Kristalinite yüzdesi, DSC den elde edilen entalpi değeri üzerinden altta verilen formülle hesaplanmıştır; %100 kristal PA 66 polimeri için verilen kristallenme entalpisi 188 J/g dır [5]. %100 kristal PA 66 polimeri için verilen erime entalpisi 78 J/g dır [6]. PA 66 nın kararlı kristal formu -kristal formudur. Bununla birlikte, Şekil-3 te görüldüğü gibi - kristal formu da yapıda bulunabilmektedir. Diğer taraftan yarı-kristal polimerlerdeki kristal yapıların malzemenin termal ve mekanik özellikleri üzerinde belirgin bir etkisi olduğu bilinmektedir. Görülmüştür ki, -kristal formu, -kristal formuna kıyasla, oda sıcaklığında termodinamik açıdan daha kararlı ve yüksek bir modül değerine sahiptir. Camsı geçiş sıcaklığı ise güçlendirilmiş yapıdaki polimer türlerinde, dizayn fazında mekanik özelliklerin kaybına sebep olacağından önem arz etmektedir. Su ile temas halinde olan malzemede camsı geçiş sıcaklığı düşüş eğilimi gösterirken, sıcaklıkla malzeme yapısında gerçekleşen çapraz bağlanmalardan muhtemel camsı geçiş sıcaklığı artışı göstermektedir. Diğer taraftan bir kaynakta kristalinite yüzdesi %50 nin üzerinde olduğu müddetçe servis sıcaklıklarında camsı geçiş sıcaklığının üzerine çıkmanın problem yaratmayacağı bilinmektedir [7]. Malzeme yapısında sıcaklığa bağlı kütle kaybının gözlendiği termal gravimetrik analizleri yapılmıştır. Deneyler N 2 altında, 600 0 C ye kadar 20 0 C/dak. ısıtma hızı ile gerçekleştirilmiştir. Malzemenin aktivasyon enerjisi, malzemenin yarılanma zamanları göz önünde tutularak irdelenmiştir. Şekil-4 teki grafikten de anlaşılabileceği gibi, zamanla yaşlanan numunelerde stabilizör kayıplarından kaynaklı yarılanma zamanları düşüşleri görülmüştür. Şekil-4 te görülebileceği gibi, termal gravimetrik analizden elde edilen sonuçlara göre, malzeme kütlesinde 370 C civarlarında başlayan düşüş, %30 kütle kaybına dek sürmüş ve 480 C seviyelerinde son bulmuştur. Malzemenin yaşlandırma ortamına en yakın bölgesinden alınan tabakalarda, daha uzun süreli örneklerde, daha hızlı bir kütle kaybı gözlemiştir. Öte yandan, et kalınlığının dış tabakaya yakın olan bölümlerinden alınan örneklerin tümünün bozunma sıcaklıkları, iç tabakadan alınan örneklere kıyasla daha yüksek değerlerde seyretmektedir. 4

Şekil-4. Yaşlandırılan PA 66 GF30 örneklerinden TGA grafiği 2. SONUÇLAR VE TARTIŞMA DSC Analizleri Örneklere TA Instruments marka DSC cihazı ile 10 ºC/min artış hızında 10 ºC den 320 ºC ye ısıtma ve 5 ºC/min artış hızında 320 ºC den 10 ºC ye soğutma metoduyla, azot gazı altında uygulanmıştır. Tablo-2. Yaşlanan PA 66 GF30 Malzemelerde DSC Analizleri Örnek Adı Camsı geçiş sıcaklığı Tg (ºC) Erime sıcaklığı (ºC) Kristalizasyon sıcaklığı (ºC) Erime Entalpisi (J/g) Kristallenme Entalpisi (J/g) In_0_PA66 50,36 250,45 236,62 52,17 41,18 66,9 21,9 Out_0_PA66 49,24 249,49 236,81 57,91 39,90 74,2 21,2 In_200_PA66 54,78 251,05 237,78 59,31 38,37 76,0 20,4 Out_200_PA66 53,06 249,80 238,06 58,19 39,31 74,6 20,9 In_500_PA66 53,12 251,79 237,95 54,99 38,92 70,5 20,7 Out_500_PA66 43,32 249,21 237,93 61,05 40,73 78,3 21,7 In_1100_PA66 58,40 250,34 237,55 57,68 37,42 73,9 19,9 Out_1100_PA66 44,97 250,00 238,49 59,39 45,66 76,1 24,3 In_1500_PA66 43,50 250,72 237,67 59,14 40,52 75,8 21,6 Out_1500_PA66 48,60 250,43 238,40 57,70 43,96 74,0 23,4 In_2700_PA66 39,06 250,40 237,71 61,38 40,67 78,7 21,6 Out_2700_PA66 51,60 249,15 238,53 63,11 41,32 80,9 22,0 * In: iç yüzey, out: dış yüzey ve rakamlar yaşlandırma sürelerini ifade etmektedir. Kristallenme piklerindeki entalpi alanları üzerinden hesaplanan kristal yüzdesi, % 20 ile % 25 arasında değişimler göstermiştir. Erime entalpisi ile hesaplanan kristallik yüzdesi ise % 66,9 ile %80,9 arasında değişim göstermektedir. Bu farklılık soğutma hızının yeterince düşük olmamasından, kristal yapıların form değiştirmesinden, içeriğindeki farklı bileşenlerin bir arada kristallenmesinden kaynaklanıyor olabilir. Malzemedeki amorf bölgeler, yaşlanma şartları altında öncelikli olarak bozulma eğilimindedir. Bu yönüyle irdelenince, erime piklerinden elde edilen alan hesaplarında, malzemedeki amorf kısımların kaybı sonucunda, kristal bölge alanlarının, malzeme yapısında göreceli olarak arttığı görülmektedir. Camsı geçiş sıcaklığı malzemedeki molekül zincirlerinin hareketliliklerinin arttığı, viskoelastik geçişin olduğu ve modül değerlerinde düşüş yaşandığı termal geçiş bölgesine tekabül etmektedir. Amorf polimer yapılarında camsı geçiş sıcaklığı, kullanım koşulları ve modülüsün korunumu 5 Xc (%) H f Xc (%) H c

açısından limit değer teşkil edebilecekken, yarı-kristal polimerlerde kristal bölgeler boyutsal kararlılık kaybını engelleyerek kristal olmayan bölgelerin deformasyonuna engel olacağından, kullanım sıcaklıkları camsı geçiş sıcaklığı değerinin üzerine çıkabilmektedir. Tablo-2 de malzemenin camsı geçiş sıcaklıkları, malzeme iç katmanlarından alınan örneklerde, yaşlanma süresi arttıkça, önce artış sona düşüş eğilimi göstermektedir. Camsı geçiş sıcaklığının artışı, giriş bölümünde anlatılan kimyasal yaşlanma sonucu çapraz bağlanmaların oluşmasıyla açıklanmaktadır. Bir müddet sonra gerçekleşen düşüş ise, lamel yapıdaki kristal yapıların yaşlanma ile değişen boyutlarına dayandırılmaktadır. Gerçekleşen tüm camsı geçiş sıcaklığındaki değişimler aynı zamanda malzemenin entalpik yumuşama ve yaşlanma karakteristikleri hakkında bilgi vermektedir [8]. Malzemelerde gerçekleştirilen oksijenle bozunum deneylerinde, oksidasyon indüksiyon süresi ve oksidasyon onset sıcaklıkları olarak herhangi belirgin bir fark gözlenmemiştir. Şekil-5 te farklı sürelerde yaşlandırılmış örneklere ait oksidasyon pik sıcaklıkları değişimleri gösterilmektedir. 0- saatlik kullanılmamış örnekte ~ 327 C de başlayan bozunma, 1500-saat yaşlanmış örnekte herhangi bir değişiklik göstermemiş, ancak 2700 saatlik numunede 322,5 C ye düşmüştür. Metot, TA Instruments marka, Q200 model DSC de 25 C de başlatılıp, 10 C/min sıcaklık artış hızında azot altında, 350 C ye kadar ısıtma programı dahilinde yürütülmüştür. a) b) a) 0-saat yaşlandırılmış PA 66 GF30 örnek iç yüzey numunesi b) 1500-saat yaşlandırılmış PA 66 GF30 örnek iç yüzey numunesi c) 2700-saat yaşlandırılmış PA 66 GF30 örnek iç yüzey numunesi c) Şekil-5. Yaşlandırılan PA 66 GF30 örneklerinde oksidasyon pik sıcaklıkları 6

% Geçirgenlik Onuncu Ulusal Kimya Mühendisliği Kongresi, 3-6 Eylül 2012, Koç Üniversitesi, İstanbul FTIR Analizleri Şekil-6. Yaşlandırılan PA 66 GF30 örneklerinde FT-IR grafiği Dalga sayısı (cm -1 ) [9, 10] 3305 NH simetrik gerilme 2940 CH 2 asimetrik gerilme 2860 CH 2 simetrik gerilme 1634 Amide I bandı 1539 Amide II bandı / CH 2 asimetrik deformasyonu 1470 N-H deformasyonu/ch 2 scissoring 1260-1120 PA 66 Kristal kısmı temsil eden pikler 1145 CCH simetrik bükülme/ch 2 dönme twisting 980-890 PA 66 Amorf kısmı temsil eden pikler Şekil-6 da farklı süreler boyunca yaşlandırılmış örneklerde malzeme yapısını temsil eden fonksiyonel gruplar ve değişimleri gösterilmektedir. TGA Analizleri Deneyler N 2 altında, 600 0 C ye kadar 20 0 C/min. ısıtma hızı ile gerçekleştirilmiştir. Şekil-4 te görülebileceği gibi, termal gravimetrik analizden elde edilen sonuçlara göre, malzeme kütlesinde 370 C civarlarında başlayan düşüş, %30 kütle kaybına dek sürmüş ve 480 C seviyelerinde son bulmuştur. Malzemenin yaşlandırma ortamına en yakın bölgesinden alınan tabakalarda, daha uzun süreli örneklerde, daha hızlı bir kütle kaybı gözlemiştir. Öte yandan, et kalınlığının dış tabakaya yakın olan bölümlerinden alınan örneklerin tümü, iç tabakadan alınan örneklere kıyasla daha yüksek dayanım sergilemiştir. Malzemenin %50 kütle kaybına kadar olan süreden, dolayısıyla yarılanma ömründen yola çıkılarak, aktivasyon enerjisi hesabı yürütülmüştür. Arrhenius denkleminden yola çıkılarak, malzemenin 1/T (K) karşılık ln (t ½) grafikleri oluşturulmuştur [11]. Çizilen grafikten elde edilen doğrusal denklemin eğimi Ea/R değerimi verecektir. Giriş bölümünde verilen alttaki Denklem-2 ve Denklem-3 formüllerinden hesaplar yapılmıştır [12]. 7

Grafik oluşturmada kullanılan veriler ve elde edilen grafik, Tablo-3 ve Şekil-7 de verildiği gibidir. Tablo-3. TGA Analizi Verileri ÖRNEK T 1/T t 1/2 (K) (K -1 ) (dak) ln (t 1/2 ) 0-inner 434,814 0,001413 19,991 2,995 200-inner 445,615 0,001392 20,531 3,022 500-inner 450,408 0,001382 20,770 3,034 1100-inner 449,351 0,001384 20,718 3,031 1500-inner 454,683 0,001374 20,984 3,044 0-outer 445,220 0,001392 20,511 3,021 200-outer 460,632 0,001363 21,282 3,058 500-outer 458,309 0,001367 21,165 3,052 1100-outer 463,843 0,001357 21,442 3,065 1500-outer 463,090 0,001359 21,405 3,064 Şekil-7. PA 66 GF30 Malzemelerde Arrhenius Grafiği Grafiğin eğimi 1261,5 olup, gaz sabiti 8,314 J/mol.K değeri ile hesaplanan aktivasyon enerjisi değeri 10,5 kj/mol dür. Bu değer, malzemedeki kütle değişimini istenen bir sıcaklıkta, malzemenin kütle kaybı hesaplarını belirlemek için kullanılabilir. XRD Analizleri a) b) Şekil-8. Yaşlandırılan PA 66 GF30 örnekleri XRD grafikleri a) iç yüzey, b) dış yüzey Şekil 8 de yaşlandırılmış PA 66 GF30 örneklerinden alınan malzemelere ait XRD grafikleri görülmektedir. Makaleden alınan Şekil-9 le kıyaslandığında benzer piklerin elde edildiği izlenmiştir [5]. Grafiklerden de anlaşılabileceği gibi kristal oranları, malzemenin dış yüzeyinden alınan örneklerde, iç yüzeyinden örneklere kıyasla oldukça düşmüştür. -faz kristaller düşüş gösterirken, -faz kristaller tamamen yok olmuştur. 8

KAYNAKLAR 1. Crawford, R.J., Plastics Engineering, Elsevier, 2005 2. Martin, R., Ageing of Composites, The Institute of Materials, Minerals & Mining, 2008 3. Charles, J., Ramkumaar, G. R., Azhagiri S., Gunasekaran, S. FTIR and Thermal Studies on Nylon-66 and 30% Glass Fibre Reinforced Nylon-66, E-Journal of Chemistry, 6(1), pp. 23-33, 2009 4. ASTM E2009, Standard Test Method for Oxidation Onset Temperature of Hydrocarbons by Differential Scanning Calorimetry 5. Cheval, N., Xu, F., Gindy, N., Brooks, R., Zhu, Y., Fahmi, A., Morphology, Crystallinity and Thermal Properties of Polyamide 66/Polyoxometalate Nanocomposites Synthesised Via an in situ Sol/Gel Process, Macromolecular Chemistry and Physics, 212, pp. 180 190, 2011 6. Kim, S. R., Poostforush M., Kim, J. H., Lee, S. G. Thermal diffusivity of in-situ exfoliated graphite intercalated compound/polyamide and graphite/polyamide composites, express Polymer Letters Vol.6, No.6 pp.476 484, 2012 7. Lampman, S., Characterization and Failure Analysis of PLASTICS, ASM International, The Materials Information Society, 2003 8. Hat, J.N., The physical ageing of amorphous and crystalline polymers, Pure&Appl. Chem., Vol. 67, No. 11, pp. 1855-1858, 1995 9. Charles, J., Ramkumaar G. R., Azhagiri, S., Gunasekaran, S., FTIR and Thermal Studies on Nylon-66 and % Glass Fibre Reinforced Nylon-66, E-Journal of Chemistry, 6(1), pp. 23-33, 2009 10. Herrera, M., Matuschek, G., Kettrup, A., Comparative studies of polymers using TA-MS, macro TA-MS and TA-FTIR, Thermochimica Acta 361 pp. 69-76, 2000 11. Dobkowski, Z., Lifetime prediction for polymer materials using OIT measurements by the DSC method, POLIMERY, 50, nr, 2005 12. Celina, M., Gillen, K.T., Assink, R.A., Accelerated aging and lifetime prediction: Review of non-arrhenius behaviour due to two competing processes, Sandia National Laboratories, Polymer Degradation and Stability 90 pp. 395-404, 2005 9