Polipropilenin eklemeli üretimdeki performansına ve yanmazlığına çinko borat etkisinin araştırılması - Kardaş, Fatmanur
Eklemeli üretim, sağladığı birçok avantajdan dolayı kullanımı son yıllarda artan bir üretim yöntemidir. Polimerler, metaller ve seramikler gibi birçok malzeme bu üretim yönteminin farklı teknikleriyle üretilebilmektedir. Polimerlerin kullanımı hafiflik, tasarım esnekliği, kimyasal direnç, kolay işlenebilme vb. özelliklerinden dolayı gün geçtikçe artmaktadır. Ancak düşük ısıl ve mekanik özellikler polimerlerin başlıca zayıf yönleridir. Polimerlerin özelliklerini iyileştirmek için çeşitli katkılar ile kompozitlerinin hazırlanması oldukça yaygın bir yöntemdir. Polipropilen (PP) küresel olarak en yaygın kullanılan ikinci polimerdir. Ancak çekme kuvvetine karşı düşük mukavemet ve uzama sergilemesi zayıf yönlerinden biridir. Günümüzde alev geciktirici katkı maddeleri, polimerlerin aleve dayanımının arttırılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Çinko borat (ÇB), polimer malzemelerde yangın geciktirici görevi gören bir katkı maddesidir. Bu çalışmada polipropilene farklı oranlarda (kütlece %5, 10, 15 ve 20) ÇB katkılanarak kompozitler hazırlanmıştır. Kompozitlerin hazırlanmasında çift vidalı ekstrüder ile eriyik karıştırma yöntemi kullanılmıştır. Prusa 3D model tipinde açık kaynak bir 3B yazıcı kullanılarak test numuneleri üretilmiştir. Alev geciktirici özelliğe sahip olan ÇB'nin PP üzerindeki etkisini görmek için mekanik, termal, darbe ve yanmazlık testleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca saf PP ve %10 ÇB katkılı PP kompozitlerle farklı dolgu oranlarında (%50, %75, %100) çalışmalar yapılmıştır. Artan ÇB oranıyla numunelerin yoğunluklarının ve eriyik akış indeksi (MFI) sonuçlarının arttığı görülmüştür. Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) cihazı kullanılarak numunelerin erime sıcaklıkları (Te), erime entalpileri (ΔHe) ve kristalinite dereceleri (Xk) belirlenmiştir. Te benzer sonuç gösterirken katkı oranındaki artış ile ΔHe ve Xk sonuçları azalmıştır. ISO 527-2 standardına göre çekme test numuneleri üretilmiş ve bir üniversal çekme test cihazı ile çekme testi uygulanarak çekme mukavemeti, kopma uzaması ve elastik modül değerleri belirlenmiştir. Deneysel sonuçlardan artan ÇB oranları ile çekme mukavemeti değerlerinin azaldığı ve kopma uzaması değerlerinin arttığı görülmüştür. Farklı dolgu oranlarında, azalan dolgu oranı ile saf PP ve %10 ÇB katkılı PP kompozitlerde çekme mukavemeti ve kopma uzaması azalmıştır. Elastik modül değerlerinde büyük bir fark görülmemiştir. Yapılan 3 nokta eğme testlerine göre, eğme mukavemetleri çekme mukavemeti değerleriyle benzer sonuç göstermiş ve artan ÇB ile mukavemetler azalmıştır. Dolgu oranlarındaki sonuca göre azalan dolgu oranı eğme mukavemetini azaltmıştır. %10 ÇB katkılı PP kompozitler en yüksek yer değiştirme sonucuna sahip olmuştur. ÇB ilave edildikçe eğme modülünde azalma görülmüştür. Farklı dolgu oranları için bu durum eğme mukavemetleriyle benzerdir ve azalan dolgu oranıyla azalmıştır. Darbe testlerindeki sonuçlar incelendiğinde, ÇB katkısının numunelerin darbe enerjisini azalttığı tespit edilmiştir. Azalan dolgu oranları için de darbe enerjileri azalmıştır. ÇB'nin PP matrisine eklenmesi, kompozitin ısı altında eğilme sıcaklığını (HDT) belli bir orana kadar azaltmış, belli bir orandan sonra artmasına neden olmuştur. Yanmazlık testleri bir yatay yanmazlık test cihazı ile yanma hızı belirlenerek test edilmiştir. Saf PP 66,60 mm/dk yanma hızına sahipken, %20 ÇB katkılı PP kompozitlerin yanma hızı 49,18 mm/dk olarak belirlenmiştir. Artan ÇB oranı ile yanma hızında azalma görülmüştür. Farklı dolgu oranlarındaki sonuçlara göre, tüm dolgu oranları için %10 ÇB katkılı PP kompozitlerin yanma hızları saf PP'ye kıyasla daha düşüktür. Azalan dolgu oranları ile, numunenin içindeki boşluklardan dolayı yanma hızının arttığı belirlenmiştir. Numunelerin boyutsal kararlılığı çarpılma açılarının ölçülmesiyle elde edilmiş ve artan CB katkısı ile %68,6 oranında iyileşmiştir. Farklı dolgu oranları incelendiğinde %10 ÇB katkılı PP kompozitin tüm dolgu oranları saf PP'ye kıyasla en iyi sonucu vermiştir.