Nanopartikül ilavesinin epoksi esaslı kompozit malzemelerde kürlenme davranışlarına etkisinin incelenmesi

Yapılan çalışma, epoksi-nano partikül birleşiminin kompozit malzemelerin kürlenme kinetiği ve mekanik özellikleri üzerine etkilerinin değerlendirilmesi amacı ile gerçekleştirilmiştir. Kürlenme kinetiği davranışlarının tespit ve değerlendirilmesinde izotermal diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) kullanılırken, mekanik özelliklerin belirlenmesi amacı ile çekme, sertlik ve termal iletkenlik deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bunlara ek olarak numunelerin kürlenme sonrası bağ yapısının detaylı olarak incelenebilmesi için FTIR testleri yapılmıştır. Çalışmalar, Hexion marka ticari Epıkotetm MGS L285 epoksi içerisine ağırlıkça farklı katkı oranlarında TiO2 (% 0.1-% 0.5-% 1.0), Al2O3 (% 0.75-% 1.25-% 2.0) ve grafen nanoplatelet (GNP) (% 0.25-% 0.75-% 1.0) katılarak yapılmıştır. 90-100-120 °C sıcaklıklarda gerçekleştirilen DSC analizlerine ait sonuçlar MATLAB programında (eğri uydurma aracı kullanılarak) modellenmiş ve grafikleştirilmiştir. Matematiksel modellerin oluşturulmasında epoksi-nano partikül sistemlerinin kürlenmesini en iyi tanımlayan model olan Kamal-Sourour kinetik modeli kullanılmıştır. Elde edilen kinetik parametreleri ve her sisteme ait kürlenme reaksiyonları Arhenius yasalarına göre analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre minimum aktivasyon enerjileri Al2O3'te 21.88 kj/mol, TiO2'de 11.12 kj/mol ve GNP'de 9 kj/mol olarak bulunmuş; Kamal modeline en uygun eğrilerin tüm partiküller için 100 °C'de oluştuğu gözlenmiştir. Bir kimyasal reaksiyonun aktivasyon enerjinin düşük olması bu reaksiyonun daha kısa sürede gerçekleşeceğini ifade ettiğinden, %100 kürlenmiş yapıya ulaşmada en anlamlı modelin GNP olacağı düşünülmektedir. İkinci basamak çalışmalarında tespit edilen optimum sıcaklık değerinde (100 °C) her nano partikül siteminin kendi içerisinde en yüksek kürlenme hızına ulaştığı %0.75-1.0-1.25 katkı oranları ortak değer olarak kabul edilerek DSC çalışmaları, çekme, sertlik ve termal iletkenlik analizleri tekrar gerçekleştirilmiştir. En yüksek çekme dayanımına %1.25 Al2O3 katkılı numunelerde ulaşılırken, en yüksek kopma uzamasına %1.0 TiO2 katkılı numunede ulaşılmıştır. Diğer yandan en yüksek sertlik ise % 1.25 Al2O3 katkılı numunede tespit edilmiştir. Saf epoksiye kıyasla çekme dayanımı, kopma uzaması ve sertlikte sırası ile %140.32, % 175, % 7 artış tespit edilmiştir. En yüksek termal iletkenlik değerlerine ise tüm parçacıklar için %1.25 oranında ulaşılmıştır. Termal iletkenlik; referans numune ile karşılaştırıldığında GNP, TiO2 ve Al2O3 katkılı numunelerde sırası ile %123.5, %69 ve %47 artış göstermiştir.