Sıkıştırmalı kalıplama yöntemi ile PLA esaslı polimerik kompozit köpüklerinin üretimi ve özelliklerinin incelenmesi

Büyük çoğunluğu fosil yakıtlardan üretilen polimerler, kullanım ömürlerini tamamladıktan sonra bozunmaya uğramadıkları çevre ortamlarında atık haline gelmekte, her yeni hammadde üretim sürecinde gerek çevreye verilen zarar, gerekse sınırlı fosil yakıt kaynaklarının tüketimi bakımından benzer süreçler tekrarlanmaktadır. Ortaya çıkan bu kısır döngü son yıllarda yenilenebilir kaynaklardan elde edilen çevreci, biyo esaslı ve biyobozunur polimerlere ağırlık verilmesine neden olmuştur. Biyopolimerler, biyouyumlulukları ve biyobozunurlukları sebebiyle başlangıçta sadece biyomedikal uygulamalarda kullanım alanı bulsalar da yapılan çalışmalarla daha iyi anlaşılmaya başlanan fiziksel ve mekanik davranışları sebebiyle otomotiv uygulamalarında da petrol esaslı polimerlere alternatif olarak değerlendirilmeye başlanmıştır. Polilaktik asit (PLA), son yıllarda pek çok uygulama alanında kullanılabilirliği incelenen yüksek çekme dayanımı ve sertliği, kolay işlenebilirliği ile geleneksel petrol esaslı polimerler ile kıyaslanabilir özelliklere sahip olan alifatik bir polyesterdir. PLA kendisine avantaj sağlayan özelliklerinin yanı sıra yüksek maliyet, düşük tokluk, düşük ısıl direnç ve düşük kristalizasyon hızı gibi sınırlayıcı bir takım özelliklere de sahiptir. Ancak yapılan çalışmalarda bu sınırlamaların farklı polimerlerin, dolgu ve katkı sistemlerinin kullanılabildiği kompozit karışımların hazırlanmasıyla giderilebildiği görülmüştür. Literatür çalışmaları incelendiğinde özellikle otomotiv sektörü için önemli olan hafiflik ve karbon dioksit (CO2) emisyonu sınırlamaları sonucunda çalışmalarına ağırlık verilen köpük malzeme üretimlerinin biyopolimerler için de araştırılan ve üzerinde çalışılan bir alan olduğu, bu konuda hem fiziksel hem kimyasal köpürtme ajanları ile gerçekleştirilen çalışmalara son yıllarda ağırlık verildiği görülmektedir. Bu tez çalışmasında, otomotiv sektöründe kullanılabilecek hafif, çevreci, yüksek performanslı PLA esaslı polimerik kompozit köpüklerinin çift vidalı ekstrüder ve sıkıştırmalı kalıplama yöntemleri kullanılarak geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, PLA ile birlikte poliamid 6 (PA6) ve polipropilen (PP) polimerleri kullanılarak, ilk aşamada polimer oranlarının belirlenmesi amacıyla 20:80, 30:70, 40:60 ve 70:30 oranlarında polimerik kompozit yapılar hazırlanmıştır. Sıkıştırmalı kalıplama yöntemi kullanılarak hazırlanan bu kompozit yapıların fiziksel, termal, mekanik ve morfolojik özellikleri ve bu özelliklerdeki değişimler incelenip en uygun polimer oranlarına karar verilmiştir. PLA/PP ve PLA/PA6 karışımları için en uygun polimer oranının 30:70 olduğu belirlenmiş, bu aşamadan sonraki çalışmalara bu oranlar ile hazırlanan karışımların kullanılarak devam edilmesi kararlaştırılmıştır. Ancak kimyasal köpürtücü ajan ve uyumlaştırıcı ajanın etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için 30:70 oranı ile birlikte 70:30 oranı ile de çalışılmasına karar verilmiştir. Bu çalışmanın ikinci aşamasında, kimyasal köpürtücü ajan oranının belirlenmesi amacıyla ağırlıkça %1, %1,5 ve %2 oranlarında kimyasal köpürtücü ajan kullanılarak çift vidalı ekstrüder ve sıkıştırmalı kalıplama yöntemleri ile polimerik köpük yapılar hazırlanmıştır ve elde edilen numunelerin fiziksel, termal, mekanik ve morfolojik özellikleri ve kimyasal köpürtücü ajan oranına bağlı olarak bu özelliklerdeki değişimler değerlendirilmiştir. En uygun kimyasal köpürtücü ajan oranı PLA/PP ve PLA/PA6 karışımları için %1,5 olarak bulunmuştur. Son aşamada ise, köpürtülmüş ikili polimer sistemlerinde uyumsuzluğu gidermek amacıyla polimer oranları ve kimyasal köpürtücü ajan oranları belirlenen yapılar için son olarak en uygun uyumlaştırıcı ajan oranının belirlenmesi için çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Uyumlaştırıcı ajan kullanımının fiziksel, termal, mekanik ve morfolojik özellikler üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi amacıyla ağırlıkça %1, %3 ve %5 oranlarında uyumlaştırıcı ajan içeren PLA/PP ve PLA/PA6 karışımları hazırlanarak analizleri gerçekleştirilmiştir. Köpük yapıdaki PLA/PP karışımları için en uygun uyumlaştırıcı ajan oranı ağırlıkça %1 olarak belirlenirken, bu oran köpük yapıdaki PLA/PA6 karışımları için ağırlıkça %3 olarak belirlenmiştir.