farklı oranlardaki pamuk atıkları (telef)

405
Farklý Oranlardaki Pamuk Atýklarý (Telef) ile Desteklenmiþ PP Polimerlerinin Oluþturduðu ...
!"#$%"###&
'
(()+*,-,. /0-/
123456
4798::
!"#$%"###&
FARKLI ORANLARDAKÝ PAMUK ATIKLARI (TELEF) ÝLE
DESTEKLENMÝÞ PP POLÝMERÝNÝN OLUÞTURDUÐU KOMPOZÝT
YAPILARIN MEKANÝK VE AKIÞ ÖZELLÝKLERÝNÝN ÝNCELENMESÝ
Ýsmail USTA, Mehmet AKALIN, Dilara KOCAK, Nigar MERDAN
Marmara Üniversitesi, Teknik Eðitim Fakültesi, Tekstil Eðitimi Bölümü, 81040
Göztepe,Ýstanbul,TÜRKÝYE
Münir TAÞDEMÝR*
Marmara Üniversitesi, Teknik Eðitim Fakültesi, Metal Eðitimi Bölümü, 81040 Göztepe,
Ýstanbul,TÜRKÝYE, [email protected]
ÖZET
Bu çalýþmada farklý oranlardaki pamuk atýklarý ile PP polimeri karýþtýrýlarak kompozit
bir yapý elde edilmiþtir. Atýk pamuðun deðiþen lif boyutlarýna baðlý olarak 1mm,
2,5 mm ve 5 mm uzunluðundaki lifler kullanýlmýþtýr. PP/Atýk pamuk %100/0, %97/
%3 ve %94/%6 oranlarýnda karýþtýrýlmýþtýr. Karýþým çift vidalý eksturuderde
yapýlmýþtýr.Yapýlan testler sonucunda çekme mukavemeti, akma mukavemeti,
elastiklik modülü, % uzama, Izod darbe, sertlik ve MFI gibi mekanik ve akýþ
deðerleri belirlenmiþtir. PP polimerine %97/%3 ve % 94 / %6 oranlarýnda atýk
pamuk (telef) ilavesi ile elde edilen kompozitin elastiklik modülü, akma, kopma
mukavemeti ve sertlik deðerlerinde azalma, uzama ve izod darbe mukavemeti
deðerlerinde artan lif miktarlarýna baðlý olarak artma olduðu tespit edilmiþtir.
Anahtar Kelimeler : Pamuk, PP, kompozit materyal, polimer kompozit
EFFECTS OF VARIES QUANTITIES OF WASTE COTTON FIBRE IN A PP
POLYMER ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF RESULTANT COMPOSITE
STRUCTURE
ABSTRACT
In this work varies quantities of waste cotton fibre in the length of 1mm, 2.5mm
and 5mm are mixed with PP to produce composite structure in a twin screw
extruder. Composite structures produced were containing 3 % and % 6 waste
cotton fibre. 100% PP with no cotton fibre was also produced. All samples were
tested in terms of tensile strength, elasticity modulus, yield strength, elongation,
Izod impact strength, hardness and MFI (Melt Flow Index). Increasing the cotton
waste ratio in PP polymer composite; increases the elasticity modulus, yield
strength and tensile strength, and decreases the % elongation and izod impact
strength, but in hardness values however considerable changes were not
observed.
Key Words: Waste cotton, PP, composite materials, polymer composite
406
G.Ü.-Fen Bil.Derg.,16(2):405-410, 2003 / Ýsmail USTA, Mehmet AKALIN, Dilara KOCAK...
1.GÝRÝÞ
Birçok mühendislik uygulamalarýnda kullanýlan polimerler bazen istenilen özellikleri tek baþýna
karþýlayamazlar. Bu sebeple, polimer yapýlarýn farklý liflerle desteklenerek kompozit yapý elde edilmesi
son zamanlarda çok uygulanan bir yöntemdir. Polimer esaslý kompozit yapýlarýn diðer malzemelere
göre avantajlarý vardýr. Bu avantajlardan en önemlisi, elyaf takviyesi ile bu yapýlarýn yüksek
mukavemet kazanýmlarýdýr. Elyaf takviyeli kompozit yapýlarýn mekanik ve termal özelliklerini, yapýdaki
elyaf miktarý, oryantasyonu ve uzunluðu gibi faktörler etkilemektedir.
Pamuk lifi, tekstilde birçok alanda ve özellikle de giyim tekstili olarak çok kullanýlmaktadýr. Pamuk
lifi tekstil materyali olarak iyi fiziksel ve mekanik özelliklere sahiptir. Bu nedenle ekonomik, teknolojik
ve çevre açýsýndan polimer malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileþtirilmesi, son yýllarda yapýlan
çalýþmalarda yer almaktadýr.
Tüm sentetik polimerler (termoplastikler, termosetler ve elostomerler) kompozit yapýlarýn matriks
bileþeni olarak kullanýlýrlar. Takviye maddesi olarak inorganik tozlarýn dýþýnda, kesikli veya filament
halindeki organik veya inorganik kökenli lifler geniþ bir kullaným alanýna sahiptir.
Yapýlan literatür araþtýrmalarýnda; kompozit yapýlarda doðal liflerin mineral ve cam lifi gibi takviye
maddelerinin dýþýnda kullanýldýðý da belirtilmektedir. Polietilen(PE), Polipropilen(PP), Polistiren(PS)/
Aðaç lifleri ile yapýlan çalýþmalarda aðaç lif oraný arttýrýldýðýnda % uzamanýn dýþýnda diðer mekanik
özelliklerin kýsmen arttýðý(1,2,3,4,5,6), Polietilen(PE), Polipropilen(PP), Polistiren(PS)/silanla ve titanla
muamele edilen sisal lifleri ile yapýlan kompozitlerin mekanik özelliklerinde yine % uzama deðerlerinin
dýþýnda artma olduðu(1,7,8,9,10), Polietilen(PE), Polipropilen (PP), Poliester(PES)/Kýsa Jüt lifleri ile
yapýlan kompozitlerin mekanik özelliklerinin düþtüðü, ancak jüt lifleri maleik anhidrit ile aþýlanmýþ
polimer malzeme ile iþlendiðinde ve uyumlu ajanlar eklendiðinde gerilim özelliklerinin arttýrtýðý(9,11,12),
Polipropilen(PP)/Keten veya rami lifleri ilave edilerek yapýlan kompozitlerin mekanik özelliklerinin
kýsmen arttýðý(13,14), Metakrilamid( MAA) /Ýpek ile elde edilen kompozitlerde, ipek lifleri ajan
katýlarak kullanýldýðýnda ve metakrilamid ile aþýlandýðýnda mekanik özelliklerinde önemli bir deðiþiklik
olmadýðý(15,16,17,18), Polistiren(PS)/Ýpek ile elde edilen kompozitlerin mekanik özelliklerinden kopma
mukavemetinde kýsmen bir artýþ olduðu (19) belirtilmektedir.
Bu çalýþmada PP polimerine %3 ve %6 oranlarýnda atýk pamuk(telef) ilave edilerek elde edilen
kompozitin mekanik ve akýþ özellikleri incelenmiþtir. Þekil 1'de elde edilen kompozit yapýlarýn karýþým
oranlarý gösterilmektedir.
;=<
>>??
@AB C
D @EFC
G
H
L
MN O
P
L
QR
O
ST
??
IJ;
1.Grup
2.Grup
Þekil 1. PP / Atýk pamuk polimer kompozitinin karýþým oranlarý
??
I
K;
3.Grup
Farklý Oranlardaki Pamuk Atýklarý (Telef) ile Desteklenmiþ PP Polimerlerinin Oluþturduðu ...
2.DENEYSEL ÇALIÞMA
2.1.Kullanýlan Malzeme
Bu çalýþmada kullanýlan pamuk atýklarýnýn ( Telef ) özellikleri Çizelge 1'de, PP'nin mekanik
özellikleri Çizelge 2'de verilmiþtir.
Çizelge 1. Pamuk telefinin özellikleri (20).
UVW
XYZ\[]^_W`Y
g2hi
gu
vu
w2ykz{ksr
Œ2hw2h{2u
vh
shtŽ=h
}{k
h}
u
x
yh}
vhvhon}
k
{rt‘nx
a b2cbVdef
j2k
lnmopqr
srtgu
vuwx
|k
}
lnk
{2~|k
vvkqu
v
u
wht€ll‚ zƒuo2k„k
}
x
…}h†‡}2quvu
whtˆ2‰ €llnzƒuok„k
}x
g2k
lnŠm}2quvu
wht
‹lnln zƒuo2k„k}x
‰ ˆ
€
Çizelge 2. PP'nin Fiziksel ve mekanik özellikleri (21).
’“”
•
–—
–˜2–“™‚š
ª2«
¬­
®«¯
°±«
ª2«¶
¾2®«±n³2¿ÀÁ¯
¸Ã³
À°«2łÅÆ2Ç
ÄÈÉÊË
ÌÍÈ2¼ÎÊÏÇ
¿À±‚­2Эу­
¸Á ±nÁÄÒÓ±±ÔÇ
Õµ¶±n­2Эу­
¸Á ±‚ÁÄÒÓ±± Ô Ç
Õ×··­¸Á ±\¿·­
¸·­
®Á
›2œ2žŸ
¢¡£ ¤£¥2¦“§–¨2”
©
²2³
´µ¶·³
¸
¹‚º+»¼½
»ÍÎ
ɼ
ÉÖ
س
®«´Úك³±n«¸³
Û·µ¸=«±n­
·­´ÁÜÝ®ÏÞÜß
×àك­
·Ü2«¶Ü
á ­
·­
´Ü á ­
·
Áâ³±«¸nõÀ×±n­°
Áܱn­°
­Ý®
´Þ°Þ
2.2. Karýþým Hazýrlama
Tekstil endüstrisinde kullanýlan pamuk lifleri, harman hallaç ve taraklama iþlemleri esnasýnda
ýzgaralardan aþaðýya dökülmektedir. Bu haznelerden elde edilen pamuk atýklarý (telef), 1mm, 2,5
mm ve 5 mm arasýndaki lif boyutlarýnda toplanarak, numuneler 85-190 oC sýcaklýk altýnda, 20 Bar
basýnçta ve 193 dev/dakikalýk vida devri ile dönen Maris marka çift vidalý ekstruderde PP polimeri
ile %97/ %3 - %94/ %6 oranlarýnda karýþtýrýlarak kompozit yapý elde edilmiþtir. Çizelge 3'de
ekstruzyon þartlarý verilmiþtir.
Çizelge 3. Ekstruzyon Þartlarý
ãä2å
æ
çèé2êçëì
é2íîïðñ2ê
ð
êçì
÷ø ù2ú2û ü2ý
øù2ú2û ü2ý
ø ù2ú2û ü2ý
2ø ù2ú2û ü2ý
ÿøù2ú2û ü2ý
ø ù2ú2û ü2ý
ø ù2ú2û ü2ý
þø ù2ú2û ü2ý
ø ù2ú2û ü2ý
÷ øù2úûü2ý
÷÷ø ùúû ü2ý
2û !ý ù "
$%!!ý &%
ãäå
æçèé2êçnåò
óíä2ðòôò õ ö
þÿ
÷
÷þ
÷þ
÷þ
÷
÷
÷
÷
÷
þÿ
þÿ
#
÷'!ý&% (!% 407
408
G.Ü.-Fen Bil.Derg.,16(2):405-410, 2003 / Ýsmail USTA, Mehmet AKALIN, Dilara KOCAK...
2.3. Test ve Karakterizasyon
Çekme numuneleri, Arburg marka enjeksiyon makinasýnda, ISO 294'e uygun olarak elde edilmiþtir.
Çizelge 4'de enjeksiyon þartlarý verilmiþtir. Çekme testleri, Zwick 1120 test cihazýyla, ISO 527,2'ye
uygun olarak yapýlmýþtýr. Bu cihazdan çekme mukavemeti, akma mukavemeti, % uzama ve elastiklik
modülü gibi mekanik deðerler alýnmýþtýr. Darbe testleri ise, Zwick marka darbe test cihazý ile ISO
180'e uygun olarak yapýlmýþtýr. MFI (erime akýþ indeksi) deðerleri Zwick 4100 marka test cihazýnda
ASTM D 1238'e uygun olarak yapýlmýþtýr.
Çizelge 4. Enjeksiyonda çekme numunesi hazýrlanmasýnda kullanýlan kalýplama þartlarý
)*+,124365789 :;2=<>?@7A>B>
124365789 :;2JK@8> 2?>
N@A> OP@J57A5Q'5K<RM589
.,/,0
CDEFCGEHI
LEJK@M
DE'8
2.4. Deneysel Bulgular
2.4.1. Mekanik özellikler
Çizelge 5'de PP/ Pamuk Atýklarý ( Telef ) ile oluþturulan kompozit malzemenin mekanik özellikleri
verilmiþtir.
Çizelge 5. PP/Atýk Pamuk kompozit malzemenin mekanik deðerleri
SUTVWXYVZK[T\\YV\T]
efghijkfjklnmopfp'qlrgs
}Kk~'glkg4€~'ijqlrgs
ƒk~'lkg4€~'ijqlrgs
„K…g~'g†q‡=s
‰Šifjk'q‰‹mŠŒKs
…moKŒgŠŽlkqƒijkfjsk‘~’ “
^_`K]ab
tuvw xy
yuw xz
yzw y{
ˆuˆw {{
vˆw xˆ
ˆw u|
c_`]ab
tz{w |
y‚wx
y‚wu
ˆzw v
vˆw ˆ|
yw v
d_`K]ab
t|uw y
y‚w v
yuw {
y‚w ‚
v{w |{
|wxu
2.4.2. Erime Akýþ Ýndisi
Çizelge 6 'da PP/Atýk pamuk kompozitinin MFI deðerleri verilmiþtir.
Çizelge 6. PP / Atýk Pamuk ile Oluþturulan Polimer Kompozitin MFI Deðerleri
”K• –
«¬­®¯°
³¬ ­®¯°
µ¬­®¯°
3. SONUÇLAR
—™˜š›œžŸ ¡¢£ ¤›¥¦Ÿ § ¨©¥žªŸ'œ¤
±²³´
µ² ±±
³²³«
PP/Pamuk atýklarý(telefler) ile oluþturulan kompozit yapýnýn Elastiklik modülü deðiþimleri
Þekil 2’ de, Akma mukavemeti deðiþimleri Þekil 3'de, Kopma mukavemeti deðiþimleri Þekil 4'de,
% Uzama deðiþimi Þekil 5'de, Sertlik(Shore D) deðerleri deðiþimi Þekil 6'da ve Ýzod darbe mukavemeti
deðiþimleri Þekil 7'de grafik olarak gösterilmiþtir.
409
Farklý Oranlardaki Pamuk Atýklarý (Telef) ile Desteklenmiþ PP Polimerlerinin Oluþturduðu ...
Ó
ÛÜ
ìí
½¸¸
ÒÍ È
ºº¸
ÐÑÇ
ÏÐ
º¸¸
ÍÎ
¶»½¹ ¾¼
¶·¸¹ º
¶º¸
ËÌÇ
ÊËÌ
¶¸¸
ÆÇ ÈÉ
¶º»¹ ¼
¾
¿
ÀKÁÂÃÄ ÅÁ
ë
å
æ ð
çêë ç
è é èïî
ç
ÔÕ
äå æ
ÔÚ
ÔÕÖ ×Ø
ÔÙÖ ×
×
Ý
Þßàáâ ãß
¼
Þekil 2. Kompozitin elastiklik modülü deðerleri
ÔÙÖ Ú
Ô
Þekil 3. Kompozitin akma mukavemeti deðerleri
÷ø
ñòó ñ
ñõ
ñõ
ñôó õ
77
5
010
077
ED
CD
AB
ñö
ù
ú
ûüýþÿü
8 77
023 4
ñ
56
3
6
7
8
Þekil 4. Kompozitin çekme mukavemeti deðerleri
0
9;:=<>? @:
5
Þekil 5. Kompozitin %uzama deðerleri
./
%
&
$,
+
K
ij
]^
c
'()*
!" #
Þekil 6. Kompozitin sertlik (Shore D) deðerleri
FG HI
ef d
F
c^
YZ
JG K
N
agh
[\
$ %&
IGLH
UWXV
^
[b
a
_`
M
L
F
O;P QRSTP
J
Þekil 7. Kompozitin izod darbe mukavemeti deðerleri
Þekil 2'de PP polimerine %97/ %3 ve %94/ %6 oranlarýnda pamuk atýklarý karýþtýrýlarak elde
edilen kompozitlerin, elastiklik modülleri incelendiðinde, PP polimerine %3 oranýnda pamuk atýklarý
ilave edildiðinde kompozitin elastiklik modülü yükselmekte, ancak %6 oranýnda pamuk atýklarý ilave
edildiðinde elastiklik modülü deðerinde düþme gözlenmektedir.
Þekil 3'de akma mukavemeti deðerleri ile Þekil 4'deki çekme mukavemeti deðerlerinde, lif oranýnýn
artýþýna baðlý olarak düþmelerin meydana geldiði görülmektedir.
Þekil 5'deki uzama deðerlerine bakýldýðýnda, %100 PP'nin uzama deðerlerine nazaran, %3 ve
%6 oranlarýnda pamuk lifi ilavesiyle oluþan kompozitlerin % uzama deðerlerinde azalma meydana
gelmektedir. Ancak üretilen kompozitlerin kendi aralarýndaki uzama deðiþimlerinde ise, lif miktarýnýn
artýþýyla % uzama deðerlerinde yükselme gözlenmiþtir.
Þekil 6'daki sertlik (Shore D) deðiþimleri incelendiðinde, sertlik deðerlerinde önemli bir deðiþikliðin
olmadýðý görülmektedir.
410
G.Ü.-Fen Bil.Derg.,16(2):405-410, 2003 / Ýsmail USTA, Mehmet AKALIN, Dilara KOCAK...
Þekil 7'de PP polimerine %3 ve %6 oranlarýnda atýk pamuk lifi ilavesiyle oluþan kompozitlerin,
izod darbe mukavemeti deðerlerinde artýþ görülmektedir. Dolayýsýyla kompozitlerdeki lif miktarý
artýþý, malzemenin ani darbelere karþý direncini arttýrmaktadýr.
MFI deðeri, polimer ve kompozit malzeme iþleyicileri açýsýndan endüstriyel bir parametredir.
Çizelge 6 incelendiðinde, PP polimerine %3 ve %6 oranlarýnda atýk pamuk lifi ilavesi ile elde edilen
kompozitlerin MFI deðerlerinin düþtüðü ve dolayýsýyla karýþýmýn proses þartlarýný zorladýðý görülmüþtür.
Teþekkür
Yazarlar, bu çalýþmaya saðladýklarý destekten dolayý Tekno Polimer Müh. Plas. A.Þ. ve çalýþanlarýna teþekkür ederler.
KAYNAKLAR
1.C. Klason, J.Kubát, ve H. E. Strömvall,’’The Efficiency of Cellulosic Fillers in Common Thermoplastics-1.
Filling without Processing Aids or Coupling Agents’’, Int. J. Polym. Mater., 10 :159 (1984).
2. S.Sapieha, P. Allard, ve Y. H. Zang, J.’’Dýcumyl Peroxide Modified Cellulose LLDPE Composites’’, Appl.
Polym. Sci., 41: 2039 - 2048(1990).
3. S.Sapieha, J. P. Pupo, ve H.P. Schreiber,’’ Thermal-Degradation Of Cellulose-Containing Composites During
Processing”, J. Appl. Polym.Sci., 37: 233 - 240(1989).
4. R.T. Woodhams, G. Thomas, ve D. K. Rodgers,’’ Wood Fibers As Reinforcing Fillers For Polyolefins’’,
Polym. Eng. Sci., 24: 1166 - 1171 (1984).
5. R.G. Raj, B. V. Kokta, ve C. Daneault,’’ Polypropylene-Wood Fýber Composýtes - Effect Of Fýber Treatment
On Mechanýcal-Properties’’, Int. J. Polym. Mater., 12: 239 - 250 (1989).
6. A.C. Karmaker ve G. Hinrichsen, ‘’ Processing And Characterization Of Jute Fiber Reinforced Thermoplastic
Polymers’’, Polym-Plast. Technol. Eng., 30: 609 – 629 (1991).
7. H. Dalväg, C. Klakson, ve H. E. Strömvall, “The Efficiency Of Cellulosic Fillers In Common Thermoplastics
.2. Filling With Processing Aids And Coupling Agents’’, Int. J. Polym. Mater., 11: 9 – 38 (1985).
8. K. P. Mieck, A. Nechwatal, ve C. Knobelsdorf, “Fiber-Matrix Adhesion In Composites of A Thermoplastic
Matrix And Flax .2. Application Of Functionalized Polypropylene’’, Makromol. Chem., 225:37 - 39 (1995).
9. C. Jouly , Tesis, Universty Clode Bernard Lyon I, 28-39( March 1995 )
10. T. T. Le Thi, H. Gauthier, R Gauthier, B. Coabert, J. Guillet, B. V. Luong, ve V. T. Nguygen, ‘’ Realization of
polypropylene/sisal fiber composites by reactive extrusion’’ J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem., A33:1997 - 2004 ( 1996 ).
11. J. Kuruvilla, T. Sabu, C. Pavithran, ve M. Brahmakumar, “ Tensile Properties Of Short Sisal Fiber-Reinforced
Polyethylene Composites’’, J. Appl. Polym. Sci., 47:1731 - 1739(1993).
12. J. Kuruvilla, T. Sabu, C. Pavithran, ‘’ Viscoelastic Properties Of Short-Sisal-Fiber-Filled Low-Density
Polyethylene Composites - Effect Of Fiber Length And Orientation’’, Mater. Lett., 15:224 - 228 ( 1992 ).
13. K.C. Manikandan Nair, S. M. Diwan, ve S. Thomas, ‘’ Tensile properties of short sisal fiber reinforced
polystyrene composites’’, J. Appl. Polym. Sci., 60:1483 - 1497 (1996).
14. P. J. Roe ve M. P. Ansell, “ Jute-Reinforced Polyester Composites’’, J.Mater. Sci., 20:4015 – 4020 (1985).
15. Y.Kawahara, M.Shýoya, ve A.Takaku ‘’Influence of Swelling of Noncristalline Regents in Silk fibres on
Modification with Methacrylamide’’, J. Appl. Polym. Sci., 59: 51-56 (1996).
16. Y.Kawahara, M.Shýoya, ve A.Takaku ‘’Mechanical Properties of Silk Fibres Treated with Methacrylamide’’,
J. Appl. Polym. Sci., 61:1359 - 1364 (1996).
17. Y.Kawahara, M.Shýoya, ‘’ ’Mechanical Properties of Silk Fibres Treated with Methacrylamide’’, J. Appl.
Polym. Sci., 65:2051 - 2057 (1997).
18.M.Tsukada, G. Freddi, M. R. Massafra ve S.Beretta ‘’Structure and Properties of Tussah Silk Fibres Graft
– Copolimerized with Methacrylamide and –Hydroxyethyl methacrylate’’, J. Appl. Polym. Sci., 67:1393 –
1403 (1998).
19.G.Freddi, Y.Ishýguro, N.Kasai, J.S. Crýghton, M.Tsukada ‘’Effect of Physical and Chemical Modifications
on Microcristalline Parameters of silk Fibres’’, J. Appl. Polym. Sci., 61:1677 - 1681 (1996).
20.A. Pervin, Tekstil Ön Terbiyesi., Alfa Basým Yayým Daðýtým, 110 – 112 (1998).
21. Polikarbonat (PC) –Lexan 144R, G.E Ürün Kataloðu , USA (2002).
Geliþ Tarihi:20.06.2002
Kabul Tarihi:19.11.2002