Seçilmiş polimerik otomotiv dış malzemeleri bazında hızlı yaşlandırmalar ve Türkiye'de doğal yaşlandırma arasındaki korelasyonun araştırılması

Bu tez çalışmasında otomotiv dış malzemesi olarak seçilen PMMA, ABS+ASA ve ABS yüzeyli malzemelerin Türkiye'de Bursa ilinde ilk kez doğal ortamda yaşlandırılması ve hızlandırılmış yaşlandırma metotları olarak seçilen ksenon ark lambalı ve ultraviyole lambalı metotlar ile yaşlandırılması sonucunda elde edilen numunelerin moleküler ve makromoleküler analizleri ile kopma mukavemeti ve uzama değerlerinin, renk ve parlaklık özelliklerinin tespiti ile yaşlandırma metotları arasındaki korelasyonun araştırılması amaçlanmıştır. Doğal ortamda yaşlandırma test düzeneği Türkiye'de ilk kez EN ISO 877-1 standardına uygun olarak bu tez çalışması kapsamındanda Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu Bursa Test ve Analiz Laboratuvarı (TÜBİTAK BUTAL)'nda kurulmuştur. 11 Kasım 2019 - 11 Kasım 2020 tarihleri arasında bir yıl süreyle doğal yaşlandırma testi gerçekleştirilmiştir. Yaklaşık olarak iki aylık periyotlarda numuneler alınmış olup toplamda altı seri numune elde edilmiştir. Ksenon ark lambalı hızlandırılmış yaşlandırma, EN ISO 4892-2 (Metot A, çevrim no: 4) standardı koşullarında toplamda 1920 saat olarak gerçekleştirilmiştir. 330 saatlik periyotlarda altı seri numune elde edilmiştir. Ultraviyole lambalı hızlandırılmış yaşlandırma, EN ISO 4892-3 (Metot A, çevrim no: 4) standardı koşullarında toplamda 1512 saat olarak gerçekleştirilmiştir. 252 saatlik periyotlarda altı seri numune elde edilmiştir. Yaşlandırma metodunun moleküler yapıdaki değişiklik üzerine etkileri FTIR analizleri ile, ısıl bozunma farlılıkları üzerine etkileri TGA analizleri ile belirlenmiştir. Polimer yüzey özelliği olan renk ve parlaklık özelliklerindeki değişim bazında polimerlerin yaşlanma dayanımları tespit edilmiştir. Yaşlandırmanın polimerlerin performans parametresi üzerine etkisi kopma mukavemeti testi ile tespit edilmiştir. Tüm değerlendirme parametreleri bazında ve tüm yaşlandırma metotlarında PMMA istatiksel olarak kayda değer bir değişime uğramazken ABS+ASA ve ABS numunelerinde önemli sayılabilecek değişimlerin olduğu gözlemlenmiştir. PMMA polimerindeki en büyük değişim kopma uzamasında olmuş olup bu değişimin katmanlı yapıdaki PMMA harici tabakadan kaynaklandığı belirlenmiştir. PMMA numunelerinin yüzey görünümlerinde, moleküler yapı ve bozunma davranışında fark edilir bir değişim tespit edilmemiştir. ABS+ASA ve ABS malzemelerinin her üç yaşlandırma ortamından da etkilendiği ve tüm değerlendirme parametreleri bazında özellik değişimine uğradığı görülmüştür. Her iki polimerin de benzer yaşlanma davranışı gösterdiği tespit edilmiştir. FTIR ile yapılan moleküler yapıdaki değişim analizinde fotooksidatif bozunma sonucunda 1600 – 1800 cm-1'deki karbonil ve 3000 – 3400 cm-1'deki hidroksil titreşimlerine ait yeni absorpsiyon bantlarının oluştuğu ve vinil yapıdaki pik şiddetlerinin azaldığı görülmüştür. FTIR spektrumundaki bu farklılık her iki polimer malzemenin de moleküler bazda benzer bozunmaya maruz kaldığı bilgisini vermektedir. Moleküler yapıdaki bu bozunma durumu TGA analizi ile de termal bozunmadaki davranış farklılığı olarak ölçülmüştür. Moleküler bazdaki bozunmayı oluşturan yaşlanma süresinin artması (maruz kalınan ışıma miktarının da artması) numunelerin ısı altındaki bozunmasının hızlanmasını sağlamıştır. Renk ölçümünde yüzey özelliklerinin önemli olduğu ve yüzey dokusundaki değişimlerin spektrofotometre ile tespit edilemediği bu nedenle, renk farkı değerlendirmesinin görsel renk değerlendirme ile yapılmasının uygun olduğu bulunmuştur. Her iki numunenin de yüzeylerinde renk değişimi ve parlaklık azalması görülmüştür. Tüm veriler birlikte değerlendirildiğinde PMMA'nın her üç yaşlandırma metodundan da etkilenmediği ancak ABS+ASA ve ABS numunelerinin büyük ölçüde etkilendiği, en fazla etkilenen polimerin ABS+ASA olduğu, en yıkıcı yaşlandırma metodunun ise ultraviyole lamba ile hızlandırılmış yaşlandırma olduğu ve doğal yaşlandırmanın diğer iki metoda nazaran daha hafif az hasar veren bir metot olduğu tespit edilmiştir. Yaşlandırma metotları arasında kopma mukavemeti, parlaklık ve gri skala ile renk farkı değerlendirmesi parametreleri bazında korelasyonun olduğu ve regresyon bazlı yapılan eğri tahminlemesindeki R2 katsayısının yüksek olduğu bulunmuştur. En yüksek R2 değeri, parlaklık parametresinde oluşmuştur. Tüm verilerin birlikte değerlendirildiği korelasyon analizinde, tek tek parametreler bazında yapılan korelasyon analizlerindekinden daha yüksek bir korelasyon katsayısı elde edilmiştir. Bu çalışma sonucunda bazı parametreler bazında yaşlandırma metotları arasında korelasyon yapılabileceği ve bir metoda göre yapılan yaşlandırma sonuçlarının diğer metotlara dönüştürülebileceği anlaşılmıştır. Bu tespit doğrultusunda, malzemelerin doğal ortamda yaşlanma sürelerinin tahminlemesinin, laboratuvar koşullarında yapılan yaşlandırma test sonuçlarının çalışma kapsamında elde edilen denklemleri kullanılarak yapılabileceği sonucuna varılmıştır.