Mehmet Fahri SARAÇ, Murat KORU, Dinçer BURAN

Aramid Lif Takviyeli Termoplastik Poliüretan Elastomer Kompozitlerin Termal ve Mekaniksel Özelliklerinin İncelenmesi

Elastomerik davranış gösteren termoplasik poliüretan malzemelerin çıkışı ile birlikte yüksek üretim oranlarına ve çeşitliliği gibi avantajların yanı sıra katkı maddelerinin ilavesi ile fonksiyonel özelliklere sahip kompozit üretiminin de önünü açan bir gelişme olmuştur. Bu çalışmada, farklı katmanlara sahip aramid fiber (Kevlar) kumaşlar arasına emdirilmiş termoplastik poliüretan (TPU) elastomer kompozit yapıların termal ve mekaniksel davranışları incelenmiştir. Takviye elemanı olarak kullanılan TPU elastomerlerin Kevlar yüzeylerine iyi dağılımı ve emdirilmesi gibi parametrelerin optimizasyonuna özel önem verilmiştir. Sıcak presleme yöntemi ile 1, 2 ve 3 katmanlı olarak hazırlanan kompozit numuneler 180 °C sıcaklık, 10 MPa basınç altında 20 dakika bekletilerek nihai ürün elde edilmiştir. Farklı katman aralıklarına sahip TPU takviyeli Kevlar kompozit malzemelerin optik, elastisite modülü, çekme dayanımı, % uzama ve termal iletkenlik değerleri karşılaştırılmıştır. Az katmanlı kompozit yapılarda mekaniksel dayanımının yüksek olmasının yanında termal iletkenlik değerlerinin yüksek olması termoplastik poliüretan malzemelerin kevlar tabakalar arasındaki miktarı ile ilişkili olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca, aramid lif takviyeli termoplastik elastomer kompozitlerin mekanik mukavemetin gözenek hacmine, fiber-matris ara yüzeylerin yapışmasına ve matris yoğunluğuna bağlı olduğu görülmektedir.

Investigation of Thermal and Mechanical Properties of Aramid Fiber Reinforced Thermoplastic Polyurethane Elastomer Composites

Along with the emergence of thermoplastic polyurethane materials withits elastomeric behavior, there has been an improvement in the production ofcomposites with functional properties by adding additives as well as advantagessuch as high production rates and diversity. In this study, thermal and mechanicalbehaviors of thermoplastic polyurethane (TPU) elastomer reinforced with aramidfiber (Kevlar) fabrics with different layers were investigated. Particular emphasishas been placed on the optimization of parameters such as good distribution andimpregnation of TPU elastomers used as reinforcements on Kevlar interfaces.Composite samples prepared in 1, 2 and 3 layers of Kevlar fabric by using hotpressing method which were heated at 180 °C under the pressure of 10 MPa for 20minutes to obtain the final product. Optical, modulus of elasticity, tensile strength,% elongation and thermal conductivity values of TPU reinforced Kevlar compositematerials with different layer ranges are compared. It is concluded that the highmechanical strength and the high thermal conductivity values are associated withthe amount of thermoplastic polyurethane materials between the kevlar sheets infew layered composite structures. It is also seen that the mechanical strengthstrongly depends on pore volume, adhesion on fiber-matrix interfaces and matrixconcentration on aramid fiber reinforced thermoplastic polyurethane composites.

PDF

___

Friedrich, K., Almajid, A. A. 2013. Manufacturing Aspects of Advanced Polymer Composites for Automotive Applications. Appl Compos Mater, 20, 107-128.
Reis, P. N. B., Ferreira, J. A. M., Santos, P., Richardson, M. O. W., Santos, J. B. 2012. Impact response of Kevlar composites with filled epoxy matrix. Composite Structures, 94, 3520-3528.
Kaliraj, M., Narayanasamy, P., Rajkumar, M., Mohaideen, M. M., Manickam, I.N. 2014. Design, Fabrication and Analysis of Advanced Polymer Based Kevlar-49 Composite Material. Applied Mechanics and Materials, 592-594, 122-127.
Yıldızhan, H. 2008. Polimer Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi. Suleyman Demirel University, Master Thesis, 83p, Isparta.
Kutty, S. K. N., Nando, G. B. 1993. Self-adhesion of short Kevlar fibre-thermoplastic polyurethane composite. Journal of Adhesion Science and Technology, 7, 2, 105-113.
Andreopoulos, A. G., Konstantinidou, A. V., Petsalas, H. J. 1989. Elastomeric Polyurethanes Reinforced with Aramid Fibers. Journal of Applied Polymer Science, 38, 2073-2078.
Kutty, S. K. N., Nando, G. B. 1991. Short Kevlar Fiber-Thermoplastic Polyurethane Composite. Journal of Applied Polymer Science, 43, 1913- 1923.
Wang, Z. 2011. Knitted fabric reinforced thermoplastic in thermoforming. Lehigh University, Mechanical Engineering and Mechanics, Master Thesis, 76s, Lehigh.
Bekisli, B., Pancrace, J., Nied, H. F. 2012. Mechanical Behavior of Highly-Flexible Elastomeric Composites with Knitted-Fabric Reinforcement. Key Engineering Materials, 504- 506, 1123-1128.
Huang, Z. M., Ramakrishna, S., Dinner, H. P., Tay, A. A. O. 1999. Characterization of a Knitted Fabric Reinforced Elastomer Composite. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 18, 2, 118-137.
Rimdusit, S., Pathomsap, S., Kasemsiri, P., Jubsilp, C., Tittipakorn, S. 2011. Kevlar Fiber- Reinforced Polybenzoxazine Alloys for Ballistic Impact Applications. Engineering Journal, 15, 4, 23-39.
Cuong, N. K., Yamane, H., Maekawa, Z. 2010. Mechanical properties of knitted fabric reinforced polypropylene composites. Advanced Composite Materials, 9, 1, 25-35.
Reber, R. 1999. Micro- and macromechanical properties of knitted fabric reinforced composites (KFRCs) with regard to environmental exposure. ETH Zürich, PhD Thesis, 157p, Zurich-Switzerland.
Saikrasun, S., Amornsakchai, T., Sirisinha, C., Meesiri, W., Bualek-Limcharoen, S. 1999. Kevlar reinforcement of polyolefin-based thermoplastic elastomer, Polymer, 40, 6437-6442.
Kononova, O., Krasnikovs, A., Dzelzitis, K., Kharkova, G., Vagel, A., Eiduks, M. 2011. Modelling and experimental verification of mechanical properties of cotton knitted fabric composites. Estonian Journal of Engineering, 17, 1, 39-50.
Tausif, M., Pliakas, A., O’Haire, T., Goswami, P., Russell, S.J.2017. Mechanical Properties of Nonwoven Reinforced Thermoplastic Polyurethane Composites.Materials,10,618,1-13.
Jiangbo, B., Junjiang, X., Xu, C. 2011. Tear Resistance of Orthogonal Kevlar-PWFreinforced TPU Film. Chinese Journal of Aeronautics, 24, 113-118.
Baltaci, A., Sarıkanat, M., Turan, M. 2011. Aramid ve Karbon Lif Takviyeli Termoplastik Kompozit Kirişlerin İmpuls Girdi Altındaki Titreşim Davranışları. The Journal of Textiles and Engineers, 18, 84, 1-7.
Dillon, J.G. 1992. Electrochemical degradation of Pellethane 2363-80A and 2363-55D. Polymer Degradation and Stability, 37, 3, 183-188.
Herbert Yeung, K.K., Rao, K.P. 2012. Mechanical Properties of Kevlar-49 Fibre Reinforced Termoplastic Composites. Polymers & Polymer Composites, 20, 5, 411-424.
Ma, L., He, L., Zhang, L. 2017. Effect of surface treatments on tensile properties of hemp fiber reinforced polypropylene composites. AIP Conference Proceedings 1829, 020016, 1-5.
Wrobel, G., Pawlak, S., Muzia, G. 2011. Thermal diffusivity measurements of selected fiber reinforced polymer composites using heat pulse method. Archives of Materials Science and Engineering, 48, 1, 25-32.