Reaktif ekstrüzyon yöntemi ile PA6/vermikülit kompozitlerin hazırlanması ısıl, morfolojik ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi - Alak, Nihal
Polimerik malzemelerin kullanımı yüksek korozyon direnci, düşük yoğunluk, kolay şekillendirilme, geri dönüştürülebilme gibi üstün özellikleri sayesinde gün geçtikçe artmaktadır. Ancak birçok uygulamada aranan özelliklerin tek başına bir polimerde bulunması zordur. Bu nedenle polimerlere farklı özellikler kazandırmak amacıyla polimer kompozitlerin hazırlanması oldukça etkili ve yaygın bir yöntemdir. Polimere lif, seramik, metal ve kil gibi diğer bileşenler katılarak kompozitler hazırlanmaktadır. Hazırlanan kompozitlerin ısıl, mekanik, dielektrik, elektronik, manyetik gibi birçok özellikleri araştırılmaktadır. Belirlenen özelliklerine göre polimer kompozitler biyomedikal, optik, savuma sanayi, elektromanyetik kalkanlama, sensör, yapı ve inşaat, piller, elektronik bileşenler gibi birçok uygulamada kullanılmaktadır. Poliamid 6 (PA6) üstün mekanik özellikleri ve yüksek servis sıcaklığı özellikleri sayesinde havacılık, otomotiv ve beyaz eşya olmak üzere birçok sektörde kullanılmaktadır. Ancak birçok polimer gibi petrol türevi olduğundan ısıl bozunmaya karşı dirençleri düşüktür. Bu yönleri ise kullanım alanlarını kısıtlamaktadır. Bu nedenle son zamanlarda PA6'nın ısıl bozunmaya karşı direncini artırmaya yönelik çalışmalar artmıştır. Ayrıca sektörel bazda kullanımları iyileştirmek için çeşitli PA6 kompozitleri üzerinde araştırmalar yapılmıştır. Hafif olması, maliyetinin piyasa koşullarına göre uygun olması nedeniyle PA6'nın mekaniksel özelliklerini iyileştirme açısından son zamanlarda kil kullanımı tercih sebebi haline gelmiştir. Bu killer arasında vermikülit düşük yoğunluk, düşük maliyet, termal kararlılık gibi özelliklerinin yanı sıra son yıllarda yanma geciktirici özelliği de keşfedilmiştir. Bu tez çalışmasında PA6'nın ısıl ve mekanik özelliklerini iyileştirmek, ayrıca karbon ayak izini ve maliyetini düşürmek amacıyla kütlece %5 ve 10 vermikülit katkılanarak polimer/kil kompozitleri hazırlanmıştır. Kompozitlerde 3-glisidoksipropiltrimetoksisilan (GPTMS) ajanı vermikülit ve PA6 arasında kimyasal bağlanma sağlanması için kullanılmıştır. Ayrıca silan ajanı varlığının etkisini araştırmak için sadece kil ve PA6 içeren kompozitler de hazırlanmıştır. Öncelikle silan ajanı/kil karışımları püskürtme yöntemi ile hazırlanmış sonrasında PA6 ilavesiyle hazırlanan nihai karışım çift vidalı ekstrüder kullanılarak eriyik karıştıma yöntemi ile kompozitler hazırlanmıştır. Eriyik karıştırma aşamasında silan ajanının metoksisilan kısımlarından kil yüzeylerine, epoksi kısmından ise PA6'ya kovalent bağlarla bağlanması sağlanarak reaktif ekstrüzyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Kompozitlere ait ATR-FTIR spektrumlarından ekstrüzyon öncesi püskürtme yöntemi ile hazırlanan vermükülit-GPTMS karışımında her iki bileşenden gelen karakteristik piklerin çıktığı görülmüş böylece karışımın başarılı bir şekilde hazırlandığı anlaşılmıştır. Kompozitlere ait spektrumlarda Si-O-Si titreşimine ait karakteristik pik şiddetinin kil oranı ile beklenildiği gibi arttığı görülmüştür. Kompozitlerin XRD sonuçlarından PA6 ve vermikülit karakteristik pikleri görülürken, vermikülite ait piklerin kompozitteki miktarı ile arttığı anlaşılmıştır. Numunelere ait SEM görüntülerinden silan ajanının olduğu kompozitlerde vermikülit ile PA6 arasında kimyasal bağlanmaların olduğuna dair kanıtlar net bir şekilde görülmüştür. DSC sonuçlarından PA6 ve kompozitlerin erime sıcaklıklarında önemli bir değişme olmadığı, kil miktarının ve silan ajanı kullanımının kristaliniteyi arttırdığı sonucuna ulaşılmıştır. Çekme testlerinden elastik modül değerlerinin kil oranı ile arttığı ve silan ajanı varlığı ile pek değişmediği, kopma dayanımının kil oranı ve silan ajanı ile arttığı tespit edilmiştir. Kopma uzaması değerlerinin silan ajanı bulunan ve %5 kil içeren numunede ham PA6'ya göre yaklaşık 7 kat arttığı belirlenmiştir. Bu artışın silan ajanı varlığında PA6 ile vermikülit arasındaki kimyasal bağlanmadan ileri geldiği değerlendirilmiştir. Böylece PA6/vermikülit kompozitleri hazırlayarak mekanik özellikleri iyileştirilmiş, karbon ayak izi azaltılmış ve maliyeti düşürülmüş birçok sektörde kullanılabilecek hammadde geliştirilmiştir.