Polystyrene-based and carbon fabric-reinforced polymer composites containing carbon canotubes: Preparation, modification and characterization

Karbon Kumaş ile Güçlendirilmiş Polimerler (CFRP'ler), yüksek mekanik özellikleri, elektriksel iletkenliği ve havacılık, otomotiv, denizcilik ve enerji sektörlerinde ağırlık azaltma çözümleri sunması nedeniyle dikkat çekmektedir. Termoset-bazlı CFRP'lerin geri dönüşümü, uzun işleme süreleri, gözle görülmeyen hasarları ve karmaşık onarım prosedürleri sorunlara yol açtığı için termoplastik bazlı CFRP'lerin uygulanması konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışma, polistiren (PS) bazlı ve karbon nanotüpler (CNT'ler) ve karbon kumaş (CF) ile güçlendirilmiş çok katmanlı kompozitler üretmeyi, ve PS'e, CNT'lere ve CF'e modifikasyonlar uygulayarak onların çoklu fonksiyonel özelliklerini geliştirmeyi amaçlamaktadır. Tez altı bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde, CNT'ler yüzey aktif maddeler, silan bağlama ajanları ve bir kopolimer ile modifiye edilerek polimer matriks içinde homojen olarak dağıtılmıştır. Modifiye edilmiş CNT'lerin PS/toluen çözeltisinde süspansiyon stabilitesi araştırılmıştır. Daha sonra, PS-CNT'lerin ikili kompozitleri farklı eriyik karıştırma koşullarında üretilmiş ve optik mikroskop, elektriksel direnç ölçümleri, çekme ve darbe testleri ile karakterize edilmiştir. Ayrıca, maleik anhidrit ile aşılanmış poli[stiren-b-(etilen-ko-butilen)-b-stiren] (SEBS-g-MA) elastomeri, işlenebilirliği geliştirmek ve yapıda yumuşak bir segment oluşturmak için seçilen ikili kompozitlere eklenmiştir. PS-SEBS-gMA-CNT'ler morfoloji, elektriksel, mekanik ve şekil hafıza özellikleri açısından karakterize edilmiştir. Sonuçlar, H2SO4-HNO3 solüsyonu ve (3-Trimetoksisililpropil) metakrilat (MSPM) ile muamele edilmiş CNT'lerin polimer matriks içinde iyi dağıldığını ve elastomer varlığında PS'in özelliklerini geliştirdiğini ortaya çıkarmıştır. İkinci bölümde, PS 0,01, 0,008 ve 0,005 mol/L başlatıcı konsantrasyonlarında yığın polimerizasyonu yöntemi ile sentezlenmiştir. Sentezlenen PS'nin özelliklerini ticari PS ile karşılaştırmak için kimyasal yapı, eriyik akış indeksi, ortalama moleküler ağırlıklar ve termal özellikler kullanılmıştır. Sonuçlar, PS'nin tüm başlatıcı konsantrasyonları ile başarılı bir şekilde sentezlendiğini, ancak özelliklerin 0,005 mol/L başlatıcı konsantrasyonunda ticari PS'ninkine yakın olduğunu göstermiştir. Üçüncü bölümde, PS-CNT derişik karışımları 0,005 mol/L başlatıcı konsantrasyonunda yerinde polimerizasyon ile üretilmiş, ve sonra kimyasal yapıları ve termal özellikleri açısından karakterize edilmiştir. PS-CNT derişik karışımları, modifiye edilmemiş CNT'ler ve MSPM ile işleme tabi tutulmuş CNT'ler ile başarıyla sentezlenmiştir. Dördüncü bölümde, kompozit hazırlama tekniklerinin mekanik, elektriksel ve şekil hafıza özelliklerine etkisini araştırmak için, çok katmanlı kompozitlerin polimer katmanları, doğrudan eriyik karıştırma ve PS-CNT derişik karışımlarının seyreltilmesi metotları ile hazırlanmıştır. Sonuçlara göre, MSPM-CNT'leri içeren derişik karışımların seyreltilmesi metodu ile üretilen kompozit, doğrudan eriyik karıştırma ile üretilen numuneye göre %33 daha yüksek gerilme mukavemetine ve %34 daha yüksek elastik modülüne sahip olmuştur. Tezin beşinci bölümü, çok katmanlı kompozitlerin katmanları arasındaki arayüzey yapışmasını, CF'leri bir silan bağlama ajanı, bir kopolimer, PS bazlı kaplamalar ile modifiye ederek ve elektroeğirme ile poliamid 6 nanofiberler oluşturarak geliştirmeyi amaçlamıştır. Tüm modifikasyonlar arasında CF'lere uygulanan tekniklerde, en yüksek sıyrılma mukavemeti, alınan CF'den %21 daha yüksek bir değerde 1962 N/m olarak MSPM modifiye edilmiş CF içeren CFRP'de elde edilmiştir. Tezin son bölümünde, çok katmanlı kompozitler bir, üç ve beş kat CF ile üretilmiştir. Kompozit katmanları arasındaki arayüzey yapışmasının iyileştirilmesi üzerinde yüzey işlemi etkisini gözlemlemek için MSPM ile muamele edilmiş CF'ler (MSPM-CF'ler) ile beş katmanlı bir numune ayrıca hazırlanmıştır. Kompozitler morfoloji, mekanik, elektriksel, termal ve şekil hafıza özellikleriyle karakterize edilmiştir. CF katmanlarının sayısının birden beşe çıkarılması, gerilme mukavemetini, elastik modülü ve elektriksel özdirenci sırasıyla %527, %125 ve %70 artırmıştır. MSPM-CF'ler ile üretilen çok katmanlı kompozitte polimerik malzemenin fiberler boyunca daha homojen emdirilmesi sağlanmıştır. Tüm çok katmanlı kompozitlerin elektrikle tetiklenen şekil geri kazanımı bir dakika içinde %100 olarak elde edilmiştir.