Polipropilen Lif Türü, İçeriği ve Uzunluğunun Sert Poliüretan Kompozitlerin Mekanik Performansına Etkisi

Bu çalışmanın amacı, geleneksel seramik döküm endüstrisinde kullanılan sert poliüretan kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirmektir. Bu nedenle, çeşitli uzunluklarda (3, 6, 12 ve 18 mm) monofilament (mono) ve fiberağ (fibril) polipropilen (PP) elyaflar polimer matrisine farklı oranlarda (ağırlıkça %0.5, 1.0, 1.5 ve %2) dahil edildi. Elyaf tipi ve içeriğinin kompozitlerin eğilme mukavemeti ve basınç mukavemeti üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Kompozitlerin yüzey morfolojisi ve termal özellikleri sırasıyla SEM ve TGA analizi ile değerlendirildi. Saf poliüretan ve PP lif içeren numunelerin kütle yoğunlukları 72,15-146 kg/m3 arasında değişmektedir. Saf poliüretan kompozite kıyasla monofilament PP takviyeli kompozitlerin kütle yoğunluğu önemli ölçüde artmış ve M6/2.0 numunesinde en yüksek yoğunluk değerine (146,86 kg/m3) ulaşılmıştır. Öte yandan, fiberağ (fibril) ilavesi, yığın yoğunluğunda bir azalmaya neden oldu. Mono PP yüzdesindeki artış eğilme mukavemetini arttırırken, fibril PP'nin varlığı mukavemeti olumsuz etkilemiştir. Mono PP takviyeli kompozitlerin basınç dayanımı (M6/0.5 numunesi hariç) saf polüretandan daha yüksektir. Ayrıca SEM analizi, PP liflerinin varlığının genellikle kompozit yapısındaki kapalı hücre sayısını azalttığını ortaya koymuştur. Deneysel bulgular, elyaf tipi, içeriği ve uzunluğunun sert poliüretan kompozitlerin mekanik performansını etkilediğini göstermektedir. Ayrıca, mono PP elyaf takviyeli rijit poliüretan kompozitlerin seramik döküm endüstrisinde destek aparatı olarak kullanılması mümkündür.

Effect of Polypropylene Fiber Type, Content and Length on Mechanical Performance of Rigid Polyurethane Composites

The purpose of this work is to improve mechanical properties of rigid polyurethane (RPU) composites used in traditional ceramic casting industry. Therefore, monofilament (mono) and fibermesh (fibril) polypropylene (PP) fibers with various lengths (3, 6, 12 and 18 mm) were incorporated to polymer matrix at different rates (0.5, 1.0, 1.5 and 2% by weight). Effects of fiber type and content on flexural strength, bending strength and compressive strength of composites were investigated. Surface morphology and thermal characteristics of composites were evaluated by SEM and TGA analysis, respectively. Bulk densities of specimens with and without PP fibers vary between 72,15-146 kg/m3. Compared to pure rigid polyurethane foam, bulk density of monofilament PP reinforced composites significantly increased and the highest density value (146,86 kg/m3) was reached in M6/2.0 sample. On the other hand, incorporation of fibrilmesh caused a decrease in bulk density. While the increase in percentage of mono PP increased flexural strength, the presence of fibril PP had a negative effect on strength. Compressive strength of all mono PP reinforced composites is higher than that of pure RPU, except for M6/0.5 sample. Besides, SEM analysis revealed that the presence of PP fibers generally reduced number of closed cells in composite structure. Experimental findings indicate that fiber type, content and length affect mechanical performance of RPU composites. In addition, it is possible to use mono PP fiber reinforced RPU composites as support apparatus in ceramic casting industry.

___

  • [1] J. R. Fried, Polymer science and technology, 3rd ed., USA: Massachusetts, Pearson Education, 2014, pp. 381-384.
  • [2] M. F. Sonnenschein, Polyurethanes: science, technology, markets, and trends, 2nd ed., Michigan, USA: John Wiley & Sons, 2015, pp. 255-294.
  • [3] B. K. Kim, “Editorial corner-a personal view Cleaner, greener routes for polyurethanes,” Express Polymer Letters, vol. 10, no. 11, p. 873, 2016.
  • [4] M. Szycher, Szycher’s handbook of polyurethanes, 2nd ed., CRC press, Taylor&Francis, 1999, pp. 13-36.
  • [5] M. You, X. Zhang, J. Wang, and X. Wang, “Polyurethane foam containing microencapsulated phase-change materials with styrene–divinybenzene co-polymer shells,” Journal Material Science, vol. 44, no. 12, pp. 3141–3147, 2009.
  • [6] L. B. Tavares, C. V Boas, G. R. Schleder, A. M. Nacas, D. S. Rosa, and D. J. Santos, “Bio-based polyurethane prepared from Kraft lignin and modified castor oil.,” Express Polymer Letters, vol. 10, no. 11, 2016.
  • [7] K. Ashida, Polyurethane and related foams: chemistry and technology, 1st ed., CRC press, Taylor&Francis, 2006, pp. 14-34.
  • [8] M. A. Dweib, C. F. Vahlund, and C. M. Ó. Brádaigh, “Fibre structure and anisotropy of glass reinforced thermoplastics,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 31, no. 3, pp. 235–244, 2000.
  • [9] X. Cao, L. J. Lee, T. Widya, and C. Macosko, “Polyurethane/clay nanocomposites foams: processing, structure and properties,” Polymer, vol. 46, no. 3, pp. 775–783, 2005.
  • [10] P. Mondal and D. V Khakhar, “Regulation of cell structure in water blown rigid polyurethane foam,” Macromolecular Symposia, 2004, pp. 241–254.
  • [11] W. J. Seo et al., “Mechanical, morphological, and thermal properties of rigid polyurethane foams blown by distilled water,” Journal of Applied Polymer Science, vol. 90, no. 1, pp. 12–21, 2003.
  • [12] M. Thirumal, D. Khastgir, N. K. Singha, B. S. Manjunath, and Y. P. Naik, “Effect of foam density on the properties of water blown rigid polyurethane foam,” Journal of Applied Polymer Science, vol. 108, no. 3, pp. 1810–1817, 2008.
  • [13] L. Emanoil and M. Liviu, “The effect of loadıng rate and dırectıon of formatıon on fracture toughness of rıgıd polyurethane foams,” Journal of Engineering Studies and Research, vol. 18, no. 1, p. 120-127, 2012.
  • [14] M. E. Kabir, M. C. Saha, and S. Jeelani, “Effect of ultrasound sonication in carbon nanofibers/polyurethane foam composite,” Materials Science and Engineering: A, vol. 459, no. 1–2, pp. 111–116, 2007.
  • [15] Z. Xu, X. Tang, A. Gu, and Z. Fang, “Novel preparation and mechanical properties of rigid polyurethane foam/organoclay nanocomposites,” Journal of Applied Polymer Science, vol. 106, no. 1, pp. 439–447, 2007.
  • [16] S. Guo et al., “Preparation and characterization of polyurethane/multiwalled carbon nanotube composites,” Polymers and polymer Composites, vol. 16, no. 8, pp. 501–507, 2008.
  • [17] S. S. Ray and M. Okamoto, “Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing,” Progress in Polymer Science, vol. 28, no. 11, pp. 1539–1641, 2003.
  • [18] H. Mahfuz, V. K. Rangari, M. S. Islam, and S. Jeelani, “Fabrication, synthesis and mechanical characterization of nanoparticles infused polyurethane foams,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 35, no. 4, pp. 453–460, 2004.
  • [19] F. Saint-Michel, L. Chazeau, and J.-Y. Cavaillé, “Mechanical properties of high density polyurethane foams: II Effect of the filler size,” Composites Science and Technology, vol. 66, no. 15, pp. 2709–2718, 2006.
  • [20] S. Hashemi and Y. Lepessova, “Temperature and weldline effects on tensile properties of injection moulded short glass fibre PC/ABS polymer composite,” Journal Material Science, vol. 42, no. 8, pp. 2652–2661, 2007.
  • [21] B. Mouhmid, A. Imad, N. Benseddiq, S. Benmedakhène, and A. Maazouz, “A study of the mechanical behaviour of a glass fibre reinforced polyamide 6, 6: Experimental investigation,” Polymer Testing, vol. 25, no. 4, pp. 544–552, 2006.
  • [22] J. L. Thomason, “Micromechanical parameters from macromechanical measurements on glass reinforced polypropylene,” Composites Science and Technology, vol. 62, no. 10–11, pp. 1455–1468, 2002.
  • [23] S.-Y. Fu, B. Lauke, E. Mäder, C.-Y. Yue, and X. Hu, “Tensile properties of short-glass-fiber-and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene composites,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 31, no. 10, pp. 1117–1125, 2000.
  • [24] S. Wilberforce and S. Hashemi, “Effect of fibre concentration, strain rate and weldline on mechanical properties of injection-moulded short glass fibre reinforced thermoplastic polyurethane,” Journal Material Science, vol. 44, no. 5, pp. 1333–1343, 2009.
  • [25] A. M. Radzi, S. M. Sapuan, M. Jawaid, and M. R. Mansor, “Influence of fibre contents on mechanical and thermal properties of roselle fibre reinforced polyurethane composites,” Fibers Polymers, vol. 18, no. 7, pp. 1353–1358, 2017.
  • [26] Standard Test Method for Apparent Density of Rigid Cellular Plastics, ASTM standart, D1622-08, 2008.
  • [27] B. Kalebayır, “Çok Eksenli ve Katmanlı Lif/Poliüretan Katı Yapısal Panellerin Geliştirilmesi ve Özelliklerinin Karakterize Edilmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, Erciyes Üniversitesi, Kayseri, 2014.
  • [28] M. M. Aslzadeh, G. M. M. Sadeghi, and M. Abdouss, “Synthesis and characterization of BHETA based new polyurethanes,” Materials Science & Engineering Technology, vol. 41, no. 8, pp. 682–688, 2010.
  • [29] N. Nazeran and J. Moghaddas, “Synthesis and characterization of silica aerogel reinforced rigid polyurethane foam for thermal insulation application,” Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 461, pp. 1–11, 2017.
  • [30] S. Bandyopadhyay-Ghosh, S. B. Ghosh, and M. Sain, “Synthesis of soy-polyol by two step continuous route and development of soy-based polyurethane foam,” Journal of Polymers and the Environment, vol. 18, no. 3, pp. 437–442, 2010.
  • [31] G. Harikrishnan, T. U. Patro, and D. V Khakhar, “Reticulated vitreous carbon from polyurethane foam–clay composites,” Carbon, vol. 45, no. 3, pp. 531–535, 2007.
  • [32] S. H. Kim, H. C. Park, H. M. Jeong, and B. K. Kim, “Glass fiber reinforced rigid polyurethane foams,” Journal Material Science, vol. 45, no. 10, pp. 2675–2680, 2010.
Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Mikrobiyal Aracılı Kalsit Çökelmesi (MICP) Tekniğinde Çimentolama Solüsyonu Enjeksiyonuna Sodyum Aljinat Yoğunluğunun Etkisinin İncelenmesi

Harun AKOĞUZ

İklim Değişikliği Bağlamında Kültürel Mirasın Sürdürülebilirliği ve Enerji Korunumunun Değerlendirilmesi

Merve DENİZ, Ruşen YAMAÇLI

Perde Tipi Engellerin Gözenek Oran ve Konumlarının Çalkantıyı Sönümleme Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi

Tolga BAYRAMOĞLU, Fatih Cüneyd KORKMAZ

RENK TUTARSIZLIĞI PROBLEMLERİ VE ÇÖZÜMLERİ: BİR ARAŞTIRMA

Melike BEKTAŞ, Seçkin YILMAZ, Turgay Tugay BİLGİN

Polilaktik Asit-Aktif Kömür Elektrospun Mat Üretimi ve Karakterizasyonu

Erdinç DOĞANCI, Merve DANDAN DOĞANCI, Gülseren SAKARYA BULUŞ, Erdi BULUŞ

Ticari Bal Kullanılarak ZnO Nanopartiküllerinin Yeşil Sentezi, Yapısal Karakterizasyonu ve Biyolojik Aktivitelerinin İncelenmesi

Simge Nur GENÇAY, Sefa DURMUŞ, Aslıhan DALMAZ, Gorkem DULGER

Hidrolik Sistemlerdeki 90° Bükümlü Borularda Oluşan Basınç Kayıplarının Sayısal Olarak İncelenmesi

Yavuz Selim KORKMAZ, İsmet TIKIZ

Biyolojik Yöntem ile GO Katkılı Al/(Biyo-ZnO)/pSi Schottky Diyotların Üretimi ve Elektriksel Karakterizasyonu

Mine KIRKBINAR, Fatih ÇALIŞKAN

Öngerilmeli Poliamid 6 Dişlilerin Teorik ve Sonlu Elemanlar Yöntemiyle HesaplananYorulma Ömürlerinin Deneysel Sonuçlarla Karşılaştırılması

Hilal CAN

Seçilmiş Bazı Bitki Ekstraktlarının Penicillium expansum’un Misel Büyümesi Üzerine İn vivo ve İn vitro Etkinliği

Seda BALKAN, Bilal BALKAN