Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi

Alaeddin Burak IREZ, (İstanbul Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)
KAYA RAMAZAN (İstanbul Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)
International journal of advances in engineering and pure sciences (Online)
3 1
Yıl: 2022 Cilt: 34 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 569 - 579 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.7240/jeps.1163358 İndeks Tarihi: 28-03-2023

Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi

Öz:
Koronavirüs (COVID-19) salgını tüm dünyada koruyucu ekipmanların, maskelerin ve tulumların kullanımı arttırmıştır. Koruyucu maske ve tulumların polipropilenden (PP) imal edildiğini düşündüğümüzde maske bazlı PP atık miktarı dikkat edilmesi gereken seviyelere çıkmıştır. Çevre kirliliğini önlemek ve ekosistemi tehlikeye atmaktan kaçınmak için atık maskelerin düzenli bir şekilde toplanması ve geri dönüştürülmesi çok önemlidir. Bu çalışmada, tek kullanımlık maskelerin geri dönüştürülmesiyle elde edilen polipropilen (rPP) matrisli kompozit malzemeler imal edilmiştir. Bu kompozit malzemelerin otomotiv sektöründeki tampon ve benzeri parçalarda kullanılması durumunda, geliştirilen kompozit malzemelerin kopma uzamasını ve rijitliğini arttırmak için sırasıyla Olefin Blok Kopolimer (OBC) ve Grafen Nanoplaka (GnP) takviyeleri kullanılmıştır. Takviye malzemelerine ön işlem uygulanmasından sonra kompozit malzemeler imal edilmiştir. Çekme deneyi sonuçlarına göre GnP takviyesi kompozitlerin dayanımını ve elastisite modülünü arttırırken, OBC ise kompozitlerin kopma uzaması değerlerini iyileştirmiştir. Ayrıca bu çalışmanın diğer önemli bir amacı, imal edilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin mikromekanik yaklaşımlar kullanılarak belirlenmesidir. Bunun için Halpin-Tsai (HT), Mori-Tanaka (MT) ve Öz-uyumlu Model (Self Consistent Model-SC) gibi analitik yöntemler kullanılıp elde edilen sonuçlar birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalar neticesinde düşük grafen takviyelerinde mikromekanik modeller ile tutarlı sonuçlar elde edilmiştir.
Anahtar Kelime: Eko-kompozitler Geri dönüşüm Tek kullanımlık maskeler Grafen Mikromekanik model

Development of Recycled PP Based Nano Graphene Reinforced Hybrid Composites and Determination of Mechanical Properties by Micromechanical Methods

Öz:
The use of protective masks has increased worldwide due to the coronavirus (COVID-19) pandemic. Since disposable masks and protective clothing are generally made of polypropylene (PP), PP waste has increased to significant levels due to increased use. Therefore, it is very important to collect and reuse them on a regular basis to prevent environmental pollution and avoid endangering the ecosystem. In this study, recycled polypropylene (rPP) from used disposable masks was selected as the matrix material of sustainable composites. To improve the elongation capacity and stiffness of the matrix, olefin block copolymer (OBC) and graphene nanoplatelets (GnP) were respectively used. After the pretreatment of the reinforcements, the composites were manufactured and characterized experimentally. Results showed that GnPs improved the tensile strength and Young’s moduli of the composites whereas OBC increased the strain capacity of the composites. Moreover, in this study, the mechanical properties of the manufactured composites were estimated using micromechanical homogenization models including Halpin-Tsai (HT), Mori-Tanaka (MT), and Self-Consistent Models (SC). It is seen that micromechanical methods were consistent with the experimental results for low content of GnP reinforcements.
Anahtar Kelime: Eco-composites Recycling Disposable masks Nano-Graphene Micromechanical models

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • [1] World Health Organization. "Rational use of personal protective equipment for coronavirus disease (COVID-19) and considerations during severe shortages. Geneva: World Health Organization; 2020.[cited 2020 May 8]." (2020).
  • [2] K. Selvaranjan, S. Navaratnam, P. Rajeev, N. Ravintherakumaran, Environmental challenges induced by extensive use of face masks during COVID-19: a review and potential solutions, Environ. Challenge. 3 (2021).
  • [3] M.P. Luda, G. Ragosta, P. Musto, D. Acierno, L. Di Maio, G. Camino, V. Nepote, Regenerative recycling of automotive polymer components: poly(propylene) based car bumpers, Macromol. Mater. Eng. 288 (2003).
  • [4] S.H. Jafari, A.K. Gupta, Impact strength and dynamic mechanical properties correlation in elastomer-modified polypropylene, J. Appl. Polym. Sci. 78 (2000).
  • [5] Han, S., Zhang, T., Guo, Y., Li, C., Wu, H., & Guo, S., Brittle-ductile transition behavior of the polypropylene/ultra-high molecular weight polyethylene/olefin block copolymers ternary blends: Dispersion and interface design. Polymer, 182, (2019).
  • [6] Liang, J. Z., Impact fracture behavior and morphology of polypropylene/graphene nanoplatelets composites. Polymer Composites, 40(S1), E511-E516, (2019).
  • [7] Yunbo, Luan , Gao, Feilong , Li, Yongcun , Yang, Jinglei , Hu, Yinchun , Guo, Zhangxin , Wang, Zhihua , Zhou, Aijuan., Healing Mechanisms Induced by Synergy of Graphene- CNTs and Microwave Focusing Effect for the Thermoplastic Polyurethane Composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 106, (2017).
  • [8] M. Monti, M.T. Scrivani & V. Gianotti, Effect of SEBS and OBC on the impact strength of recycled polypropylene/talc composites, Recycling. 5, (2020).
  • [9] S. Yi , S. Xu , Y. Li , W. Gan , X. Yi , W. Liu , Q. Wang , H. Wang & R. Ou, Synergistic toughening effects of grafting modification and elastomer-olefin block copolymer addition on the fracture resistance of wood particle/polypropylene/ elastomer composites, Mater. Des. 181, (2019).
  • [10] Liang, J.Z., Q. Du, G.C.P. Tsui & C.Y. Tang, Tensile properties of graphene nano- platelets reinforced polypropylene composites, Compos. Part B Eng. 95 (2016).
  • [11] Liang, J.Z., Effects of tension rates and filler size on tensile properties of polypropylene/graphene nano-platelets composites, Compos. Part B Eng. 167, (2019).
  • [12] Shokrieh, M. M., Esmkhani, M., Shokrieh, Z., & Zhao, Z., Stiffness prediction of graphene nanoplatelet/epoxy nanocomposites by a combined molecular–micromechanics method. Computational materials science, 92, 444-450. (2014).
  • [13] Arefi, M., Tabatabaeian, A., & Mohammadi, M., Bending and stress analysis of polymeric composite plates reinforced with functionally graded graphene platelets based on sinusoidal shear-deformation plate theory. Defence Technology, 17(1), 64-74, (2021).
  • [14] Thorvaldsen, T., “Modelling the elastic stiffness of nanocomposites using the Mori-Tanaka method”, (2015).
  • [15] MIT, asd Mean-field homogenization - Massachusetts Institute of Technology. (n.d.). Retrieved November 24, 2022, from https://abaqus- docs.mit.edu/2017/English/SIMACAEMATRefM ap/simamat-c-meanfieldhomogenization.htm, (2022).
  • [16] Kırış, Ahmet. Hasarlı Malzemelerin Mikro Elastik Teorilerle Modellenmesi Ve Eshelby Tansörleri. Diss. Fen Bilimleri Enstitüsü, (2007).
  • [17] Shokrieh, M. M., Esmkhani, M., Shokrieh, Z., & Zhao, Z., Stiffness prediction of graphene nanoplatelet/epoxy nanocomposites by a combined molecular-dynamics– micromechanicsethod. Computational materials science, 92, 444-450, (2014).
  • [18] Jain, A., Modified Mori-Tanaka methods for damage modelling of short fibre reinforced composites. In 22nd International Conference on Composite Materials, Melbourne, (2019).
  • [19] Becker, F., & Hopmann, C., Stiffness Estimates for Composites with Elliptic Cylindrical Voids. Materials, 13(6), 1354, (2020).
  • [20] Kanaun, S. K., & Levin, V., Self-consistent methods for composites: Vol. 1: Static problems (Vol. 148). Springer Science & Business Media, (2007).
  • [21] Okan, C., Kaya, R., Irez, A. B., & Cebe, E., Effect of the Graphene Nanoplatelets (GnPs) on the Mechanical Properties in Recycled PP-Based Hybrid Composites. In Mechanics of Composite, Hybrid and Multifunctional Materials, Fracture, Fatigue, Failure and Damage Evolution, Volume 3 (pp. 23-28). Springer, Cham., (2022).
  • [22] Yang, W., Jiang, Z., Hu, X., Li, X., Wang, H., & Xiao, R., Enhanced activation of persulfate by nitric acid/annealing modified multi-walled carbon nanotubes via non-radical process. Chemosphere, 220, 514-522, (2019).
  • [23] Irez, A. B., Okan, C., Kaya, R., & Cebe, E., Development of recycled disposable mask based polypropylene matrix composites: Microwave self-healing via graphene nanoplatelets. Sustainable Materials and Technologies, e00389, (2022).
  • [24] G. Liu, X. Zhang, X. Li, H. Chen, K. Walton, D. Wang, Correlation of miscibility and mechanical properties of polypropylene/olefin block copolymers: effect of chain composition, J. Appl. Polym. Sci. 125, (2012).
  • [25] Jun, Y. S., Um, J. G., Jiang, G., & Yu, A., A study on the effects of graphene nano-platelets (GnPs) sheet sizes from a few to hundred microns on the thermal, mechanical, and electrical properties of polypropylene (PP)/GnPs composites. Express Polymer Letters, 12(10), 885-897, (2018).
  • [26] Irez, A. B., Bayraktar, E., & Miskioglu, I., Fracture toughness analysis of epoxy-recycled rubber-based composite reinforced with graphene nanoplatelets for structural applications in automotive and aeronautics. Polymers, 12(2), 448, (2020).
APA irez A, RAMAZAN K (2022). Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. , 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
Chicago irez Alaeddin Burak,RAMAZAN KAYA Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. (2022): 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
MLA irez Alaeddin Burak,RAMAZAN KAYA Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. , 2022, ss.569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
AMA irez A,RAMAZAN K Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. . 2022; 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
Vancouver irez A,RAMAZAN K Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. . 2022; 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
IEEE irez A,RAMAZAN K "Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi." , ss.569 - 579, 2022. 10.7240/jeps.1163358
ISNAD irez, Alaeddin Burak - RAMAZAN, KAYA. "Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi". (2022), 569-579. https://doi.org/10.7240/jeps.1163358
APA irez A, RAMAZAN K (2022). Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. International journal of advances in engineering and pure sciences (Online), 34(4), 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
Chicago irez Alaeddin Burak,RAMAZAN KAYA Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. International journal of advances in engineering and pure sciences (Online) 34, no.4 (2022): 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
MLA irez Alaeddin Burak,RAMAZAN KAYA Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. International journal of advances in engineering and pure sciences (Online), vol.34, no.4, 2022, ss.569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
AMA irez A,RAMAZAN K Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. International journal of advances in engineering and pure sciences (Online). 2022; 34(4): 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
Vancouver irez A,RAMAZAN K Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi. International journal of advances in engineering and pure sciences (Online). 2022; 34(4): 569 - 579. 10.7240/jeps.1163358
IEEE irez A,RAMAZAN K "Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi." International journal of advances in engineering and pure sciences (Online), 34, ss.569 - 579, 2022. 10.7240/jeps.1163358
ISNAD irez, Alaeddin Burak - RAMAZAN, KAYA. "Geri Dönüştürülmüş PP Bazlı Nano Grafen Takviyeli Hibrit Kompozitlerin Geliştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin Mikromekanik Yöntemler ile Belirlenmesi". International journal of advances in engineering and pure sciences (Online) 34/4 (2022), 569-579. https://doi.org/10.7240/jeps.1163358
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 6:16

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları