Uçucu Kül İçeren Poliüretan Esaslı Kompozit Malzemelerin Mekanik ve Termal Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Son yıllarda poliüretan esaslı kompozit malzemeler otomotiv, inşaat, elektronik, mobilya, medikal ve paketleme gibi farklı endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemelerin mekanik ve ısıl özelliklerini iyileştirmek ve üretim maliyetlerini azaltmak için poliüretan ana elemanlarına ek olarak farklı dolgu ve katkı maddeleri kullanılmaktadır. Mineral maddeler, kömür kullanan termik santrallerin yan ürünü olan uçuçu küller vb., bu malzemelerin üretimlerinde dolgu maddesi olarak kullanılabilir. Bu çalışmada, farklı kimyasal yapıya sahip beş uçucu kül, termoset köpük ve termoplastik poliüretan malzemelere ilave edilmiş ve uçuçu kül ilavesinin mekanik ve ısıl özelliklere etkileri incelenmiştir. Aynı zamanda, sinerjik etki oluşumunu incelemek için farklı alev geciktiriciler, uçuçu küller ile birlikte kullanılmıştır. Mekanik özelliklerdeki değişimi belirlemek için malzemelerin çekme, yırtılma ve basma dayanımları ölçülmüştür. Bunlara ek olarak, kompozit malzemelerin yapıları da taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Ayrıca, ısı yalıtımında kullanılan rijit poliüretan malzemelerin ısı iletim katsayıları da belirlenmiştir. Malzemelerin ısıl bozunma davranışı termogravimetrik analiz (TG/DTA) ile tespit edilirken, malzemelerin yanma direnci UL94 yanma testi ile belirlenmiştir. Deneysel sonuçlar poliüretan esaslı kompozit malzemelere uçuçu kül ilavesinin mekanik özelliklerde iyileşmeye sebep olmamasına rağmen, özellikle bazı alev geciktiricilerin de ilavesi ile ısıl özellikler ve yanma direncinde iyileşmeler olduğunugöstermiştir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında yapılan çalışmalar ile çevre kirliliğine sebep olabilen uçucu küllerin, farklı poliüretan esaslı kompozit malzemelerin üretimlerinde kullanılabileceği ortaya konulmuştur. Polyurethane based composite materials have been widely used in different industries as such as automotive, building, electronics, furnishing, medical and packaging in recent years. In addition to main components of polyurethanes, different fillers and additives have been used in the production of these materials to enhance the mechanical and thermal properties and decrease the production costs. As well as mineral matters, fly ashes which are by-products of coal fired thermal power plants, can be utilized as a filler in the production of these materials. In this study, five fly ashes having different chemical compositions were added to thermoset foams and thermoplastic polyurethane materials and effects of fly ash additions on the mechanical and thermal properites were investigated. Meanwhile, some flame retardant materials were also used with fly ashes to investigate synergistic effects of flame retardands and fly ashes. Tensile, tear and compressive strengthes of the materials were measured to determine the changes of mechanical properties. In addition, the morphology of the composite materials were studied by using scanning electron microscopy. Also, the thermal conductivity coefficents of the rigid prolyurethane materials used for thermal insulation are determined. Thermogravimetric analysis (TG/DTA) were performed to investigate the thermal decomposition of the materials, while the fire resistance of the materials were found by using UL 94 burning test. Experimental results indicated that although the incorporation of fly ash into the polyurethane based composite materials does not enhance the mechanical properties, the thermal properties and fire resistances of the materials were improved, especially with additions of some flame retardants. As a result of the studies performed in the thesis, it can be put down to the fact that fly ashes which may cause environmental pollution can be used as fillers in the production of different kinds of polyurethane based composite materials.