Karbon esaslı nano katkılar ile elektrik iletken elastomer nanokompozitler geliştirilmesi: Statik ve tekrarlı dinamik yükler altında elektriksel, fiziksel ve mekanik karakterizasyonu ve algılama performansının belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, karbon esaslı nano-dolgu malzemeleri kullanarak, iletken elastomer nanokompozit malzemeler geliştirilmesi: statik, anlık ve tekrarlı dinamik yükler altında elektriksel, fiziksel ve mekanik karakterizasyon ve algılama performansının geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışma iki adımda gerçekleştirilmiştir. Birinci adımda karbon siyahı dolgulu kauçuk karışımları belirli formülasyon dahilinde hazırlanmış, kalenderlenmiş, çeşitli kesme açılarında kord ipleri ile takviye edilerek kompozit malzemeler oluşturulmuştur. Hazırlanan nanokompozitin yorulma ömrünü etkileyen parametrelerin Taguchi yöntemi ile tespit edilmesi ve yorulma ömrünün tayin edilmesi sonrasında, en uygun proses şartları tespit edilerek ikinci aşamaya geçilmiştir. Bu adımda, iletken dolgu maddeleri olarak bilinen karbon allotroplar (karbon siyahı, grafit, grafen, karbon nanotüp v.s) ile güçlendirilmiş elastomer nanokompozitler hazırlanmıştır. Söz konusu nanokompozitlere: (a) Kord bezi/Grafen dolgulu kauçuk nanokompozitlerine, fiziksel, rheolojik, iç yapı analizi ve çevrimli yükler altında elektriksel özelliklerinin tespiti deneyleri, (b) Geliştirilen grafen dolgulu kauçuk nanokompozitlerin çevrimli yüklemeler altında çatlak oluşumuna bağlı olarak hissetme performanslarının geliştirilme deneyleri, (c) Modifiye edilmiş ve modifiye edilmemiş çok duvarlı karbon nanotüp dolgulu grafit kauçuk nanokompozitlerinin sabit bir genlik altında yorulma davranışlarının elektriksel olarak karakterize edilmesi deneyleri ile hem seri üretime yönelik üretim şartlarını hem de uygulama alanları ilişkilendirilerek incelemeler gerçekleştirilmiştir.

In this study, the development of conductive elastomer nanocomposite materials using carbon based nano-filling materials: development on electrical, physical and mechanical characterization and sensing performance under static, instantaneous and repetitive dynamic loads is aimed. The study was carried out in two steps. In the first step, carbon black filled rubber blends were prepared in a certain formulation, reinforced with calendered cord yarns at various cutting angles to form composite materials. After determination of the parameters affecting the fatigue life of the prepared nanocomposite by Taguchi method and determination of the fatigue life, the optimum process conditions were determined and the second step was reached. In this step, elastomer nanocomposites reinforced with carbon allotropes (carbon black, graphite, graphite, carbon nanotube and etc.) known as conductive fillers are prepared. Such nanocomposites include: (a) The physical, rheological, internal structure analysis of cord fabric / graphene filled rubber nanocomposites and tests for determination of electrical properties under cyclic loads, (b) Experiments to improve the sensory performance of the developed graphene filled rubber nanocomposites due to crack formation under cyclic loading, (c) Experiments to characterize the fatigue behavior of modified and unmodified multi-walled carbon nanotube filled graphite rubber nanocomposites under a constant amplitude have been carried out by correlating both the production conditions for series production and application areas.