Mikrolif takviyeli PET/PP harmanlarının farklı proses aşamalarındaki mekanik ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi

Polipropilen (PP) ambalaj, otomotiv, alt yapı ve tekstili de içeren pek çok endüstride kullanılan ticari polimerlerden biridir. Ancak, düşük mekanik özellikleri nedeniyle, uygulama aralıklarında bazı kısıtlamalar vardır. Cam elyaf gibi fonksiyonel katkılar ile harmanlamak PP'nin mekanik özelliklerini büyük ölçüde artırabilir. Ancak bu katkılar üretim hattı için aşındırıcıdır, çevreci değildir ve pahalıdır. Bundan ötürü günümüz pazar koşullarında üretciler daha ekonomik ve daha çevreci çözümler sağlayacak yollar arayışındadır. Son yıllarda, polimer harmanlama yeni malzeme eldesi için ekonomik bir yol haline gelmiştir. Harmanlamanın bazı avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir; • Harmanlama, müşteri odaklı ürün tasarımı fırsatı sunabilir. • Matris polimerinin alev direnci, tokluk veya boyutsal kararlılık gibi özellikleri iyileştirilebilir. • Harmanlama, endüstriyel plastik atıkların geri dönüşümü için bir yol sunabilir. • Düşük viskoziteli polimer ile harmanlama, işlenebilirliği artırabilir. • Harmanlama, verimlilik artışı sağlayabilir. • Ayrıca, harmanlama teknolojisi çok katmanlı yapılarda da kullanılabilir. Plastik endüstrisinde, polimer harmanlarının hazırlanmasında eriyik karıştırma, blok veya aşı kopolimerizasyonu, eriyik çözeltisi gibi farklı yollar kullanılmaktadır. Ancak bu tekniklerin arasında, istenen özellikleri elde etmek için en yaygın kullanılan yöntem eriyik harmanlamadır. Bu yöntem, polimer harmanlarını daha ekonomik bir şekilde hazırlama fırsatı sunmaktadır. Bilindiği üzere, pek çok polimer kimyasal yapılarındaki farklılıklar nedeni ile termodinamik açıdan uyumsuzdur. Bu nedenle, karıştırmaları sırasında fibril, damlacık ya da tabakalı gibi pek çok faz morfolojileri oluşur ve harmanın nihai özellikleri oluşan bu morfolojye son derece bağlıdır. Örneğin, genellikle film ekstrüzyonu ya da üflemeli kalıplama ile elde edilen tabakalı yapılar harmanın bariyer özelliklerini geliştirirken fibril yapı mekanik özellikleri geliştirir. Çalışmalar göstermiştir ki, fazlar arasıdaki arayüzey yapışması, proses şartları, bileşenlerin özellikleri ve bileşim oranı bu yapıların oluşmasında baskın bir rol oynadığını göstermiştir. Son yıllarda, iki karışmaz polimerin harmanlanmasına dayanan mikrofibril takviyeli kompozitler (MFC) olarak adlandırılan yeni bir malzeme türü geliştirilmiştir. Bu malzemelerde daha yüksek mekanik performans elde etmek için, minör faz matris polimeri içinde fibril formda dağıtılmıştır. Genel kompozitlerin aksine, MFC malzemeleri herhangi bir inorganik katkı maddesi olmadan hazırlanabilir. Ayrıca, bu teknoloji cam elyaf takviyeli kompozitlere kıyasla ağırlık azaltma ve kolay geri dönüştürülebilirlik imkanı sunar. Tez çalışmasının temel amacı, mikrolif takviyeli PET / PP harmanları üretmek ve vida hızı, proses sıcaklığı, gerdirme yöntemi, gerdirme oranı, PET içeriği ve uyumlaştırıcı gibi çeşitli parametrelerin morfolojik ve mekanik özelliklere olan etkisini araştırmaktır. Çalışmada, mikrofibril takviyeli kompozitler üç aşamalı bir süreçle hazırlanmıştır. İlk aşamada, iki polimer bir çift vidalı ekstrüder de harmanlanmıştır. İkinci aşamada, PET liflerinin eldesi için, kalıptan çıkan harman gerdirilmiştir. Son adımda, MFC malzeme elde etmek için, gerdirilen PET/PP harmanları (MFB) granül hale getirilmiş ve enjeksiyon ile kalıplanmıştır. MFC üretiminin her bir aşamasından sonra, taramalı elektron mikroskobu (SEM), geniş açılı X-Ray kırınımı (WAXD) ve mekanik testler ile analizler gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın başında, harmanlama için uygun vida oranını belirlemek için, PET ve PP çeşitli vida devirlerinde harmanlanmıştır. SEM görüntülerinden, 300 rpm'den daha düşük veya daha yüksek vida hızlarının, homojen olarak dağılmış harman morfolojisi elde etmek için uygun olmadığı gözlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında, mikrolif takviyeli harman (MFB) eldesi için iki farklı gerdirme yöntemi kullanılmıştır. İlk yöntemde, ekstrüde edilmiş harman birinci gode ile ekstruder kalıbı arasında, birinci godenin dönüş hızının kademeli olarak arttırılması ile gerdirilmiştir. İkinci yöntemde, ekstrüde edilmiş harman iki gode arasında gerilmiştir. Analiz sonuçlarına göre, takviye polimeri her iki yöntemde de fibril şeklinde başarıyla dağıtılabilmiştir. Bununla birlikte, ikinci yöntemde, karışımın her iki bileşeninin de iyi bir şekilde oryante olması nedeni ile daha yüksek mekanik özellikler elde edilmiştir. PET konsantrasyonuna ve uygulanan gerdirme oranına bağlı olarak, MFB numunelerinin çekme özellikleri, ekstrüde edilmiş harmanlardan yaklaşık 6-7 kat daha fazla artmıştır. Çalışmada, ayrıca uyumlaştırıcının ve miktarının harman özelliklerine etkisi araştırılmıştır. SEM görüntüleri uyumlaştırıcı, maleik anhidrit aşılanmış polipropilen (PP-g-MA), ekledikten sonra daha homojen bir harman morfolojisinin ortaya çıktığını göstermiştir. Ayrıca, PET lifler ile PP matris arasındaki yapışma uyumlaştırıcı ile geliştirilmiş ve böylece mekanik özellikler artmıştır. Çalışmanın son aşamasında, mikrolif takviyeli PET/PP kompozit eldesi için, gerdirilmiş harman örnekleri farklı enjeksiyon sıcaklıklarında kalıplanmıştır. SEM görüntüleri, enjeksiyon sıcaklığı PET'in erime sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa ayarlanmış olmasına rağmen, birçok lifin şekillerini kaybettiğini ve damlacık formuna döndüğünü göstermiştir. Buna rağmen, ekstrüde edilmiş harmana kıyasla daha iyi darbe direnci ve gerilme özellikleri gözlenmiştir. Sonuç olarak, mikrolif takviyeli polimer kompozitlerinin üç aşamasını (ekstrüzyon, gerdirme ve enjeksiyonla kalıplama) göz önüne aldığımızda, PET fiberlerin varlığı ekstrude edilmiş harmanların mekanik özelliklerinin artmasına neden olmuştur ancak en yüksek artış gerdirilmiş harman örneklerinde elde edilmiştir. Bu nedenle, MFC malzemelerinin yanı sıra, MFB'ler de endüstriyel uygulamalar için bir fırsat sunabilir. Örneğin, teknik tekstiller gibi dokunabilir veya plastik boru gibi ürünler üzerinde doğrudan sarma olabilir. Diğer taraftan, MFC'ler, bağlantı parçaları olarak adlandırılan enjeksiyonla kalıplanmış plastik boru parçalarında kullanılabilir.