Polifitalamid kompozitlerin mekanik, termal ve tribolojik özelliklerinin deneysel incelenmesi

Abstract

Bu deneysel çalışmada, polifitalamid matris malzemesine ağırlıkça %30 cam elyaf ve karbon elyaf dolguları katılarak, kompozitler ekstrüzyon ve enjeksiyon makinelerinde üretilmiştir. Aynı zamanda dolgu malzemesi olarak teflon ve wax da kullanılmıştır. Kompozitlerdeki teflon dolgu oranı ağırlıkça %5 ve %10, wax dolgusu oranı ise ağırlıkça %4'dür. Katkıların, matris malzemesinin tribolojik, mekanik ve termal özelliklerine olan etkilerini araştırmak için; elde edilen kompozitlere, mekanik testler, termal analizler ve tribolojik deneyler uygulanmıştır. Kompozitlere uygulanan tribolojik deneyler, pim-on-disk cihazında gerçekleştirilen aşınma ve sürtünme deneyleridir. Deneyler kuru ortam şartlarında yapılmıştır. Deneyler oda sıcaklığına (23°C); yük olarak 20N, 30N ve 40N ve 0.5m/s-1.0m/s kayma hızlarında 2000 metre kayma yolunda yapılmıştır. Deneyler sonucunda, polimer ve kompozit malzemelerin aşınma ve sürtünme davranışlarına uygulanan yükün etkisi, hızın etkisi ve katkıların etkileri incelenmiştir. Deneylerde aşınma oranları ve sürtünme katsayıları, kayma hızının, uygulanan yükün ve sıcaklığın etkisine göre tespit edilmiş ve etkileri birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Deneyler sonucunda, katkısız polifitalamid ve kompozitlerinin sürtünme katsayılarının, uygulanan yükle birlikte arttığı, kayma hızının artmasıyla ise azaldığı gözlenmiştir. Bununla beraber, katkısız polifitalamid ve kompozitlerinin spesifik aşınma oranlarının hem uygulanan yükle hem de kayma hızının artmasıyla artış gösterdiği görülmüştür. Mikroyapı incelemeleri için ise optik mikroskop kullanılmıştır. Gerçekleştirilen mekanik testler, çekme testi, izod çentikli darbe testi ve shore D sertlik testleridir. Uygulanan termal analizler ise; diferansiyel taramalı kalorimetre, Vicat yumuşama sıcaklığı ve yük altında eğilme sıcaklığıdır. Yapılan çalışmalar sonucunda; hem teflon hem de cam elyaf içeren kompozitlerinin tribolojik özelliklerinin, katkısız PPA ve hem karbon elyaf hem de teflon içeren kompozitlerin tribolojik özelliklerinden daha iyi olduğu gözlenmiştir. Aynı zamanda cam elyaf ve karbon elyaf içeren kompozitlerin mekanik özelliklerinin, katkısız PPA'nın mekanik özelliklerinden daha iyi olduğu görülmüştür. Termal özellikler açısından ise, cam elyaf ve karbon elyaf katkılarının, katkısız PPA malzemesinin termal özelliklerinde büyük bir değişime sebep olmadığı gözlenmiştir. Çalışmalar sonucunda, karbon elyaf ve teflon katkılı PPA yerine cam elyaf ve teflon katkılı PPA kullanımının maliyet açısından daha uygun olacağı öngörülmüştür.

In this study, 30% glassfiber reinforced polyphthalamide and 30% carbon fiber reinforced polifitalamid composites were prepared by extrusion and injection moulding machine. At the same time, poly-tetra-fluoro-ethylene and wax were used as filler. The amount of poly-tetra-fluoro-ethylene in composites are 5% and 10% by weight. The amount of wax in composites is 4% by weight. Tribological, mechanical and thermal tests were performed to composites because of investigating the effect of fillers on the tribological, mechanical an thermal properties of polyphthalamide. In this thesis, dry sliding wear characteristics of polyphthalamide and its composites were investigated using a pin-on-disc wear test machine. Wear tests were carried out at the sliding speeds of 0.5 m/s and 1.0 m/s, applied loads of 20N, 30N and 40N and under atmospheric conditions of temperature and humidity. At the end of the experiments, effects of load, speed and fillers on the friction and wear behaviour of pure polyphthalamide and its composites were analyzed. For all materials, it was observed that, the coefficient of friction increaseslinearly with the increase in applied load values. Furthermore, their specific wear rateincreases with the increase both applied loads and sliding speed values. Wear surface investigations of all polymer composites used were done by using optical microscope. The mechanical tests were tensile test, notch impact test and shore D hardness test. The thermal test were differential scanning calorimetry analysis, vicat softening temperature test and deflection temperature under load test. Moreover, wear surface investigations of all polymer composites used were done by using optical microscope. As a result of studies; it was observed that the tribological properties of the composites which contain both of poly-tetra-fluoro-ethylene and glass fiber are better than pure polyphthalamide and the composites which contain both of poly-tetra-fluoro-ethylene and carbon fiber. At the same time, the mechanical properties of composites which contain glass fiber and carbon fiber are better than pure polyphthalamide. In the sense of thermal properties, it was observed that there is a slightly effect of carbon fiber and glass fiber on the thermal properties of pure polyphthalamide. As a result of studies; in the way of cost, it was observed that carbon fiber and poly-tetra-fluoro-ethylene filled polyphthalamide is more expensive than glass fiber and poly-tetra-fluoro-ethylene filled polyphthalamide.