Termoplastik matrisli polimer kompozit malzemelerde kendi kendine iyileşme performansının geliştirilmesi

Abstract

Kendi kendini iyileştirebilen polimer sistemleri, mikro düzeyde gelişen çatlakların tespiti ve onarımı sayesinde malzemelerin kullanım ömrünü artıran, sürdürülebilir ve akıllı malzeme tasarımlarına olanak tanıyan yenilikçi yapılardır. Bu sistemlerde en yaygın kullanılan yöntemlerden biri olan kapsülleme tekniği, çatlak oluşumu sırasında kırılan kapsüllerden salınan iyileştirici ajanların, çatlak yüzeyinde reaksiyona girerek malzemeyi onarmasını hedeflemektedir. Kapsülleme işlemi, hem iyileştirici ajanı çevresel etkilerden korumak hem de kontrollü salınım sağlanması açısından kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışması kapsamında, polipropilen (PP) esaslı içi boş makrokapsüller geliştirilmiş ve bu kapsüller hem polistiren (PS) hem de PP matrisleri içerisinde dağıtılarak iyileştirme performansları karşılaştırılmıştır. Kompozit numuneler üzerinde üç nokta eğilme, basma ve çekme testleri uygulanarak mekanik özelliklerin iyileşme öncesi ve sonrası karşılaştırması yapılmıştır. Ayrıca, oluşan çatlak ilerleme yönü üzerindeki etkileri mikroskobik analizlerle desteklenmiştir. Buna ek olarak, reaktif termoplastik akrilik reçine ve benzoil peroksit içeren çekirdek yapısıyla, üre-formaldehit (UF) kabuk temelli mikrokapsüller in-situ polimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Kapsül üretimi ve stabilitesi, çekirdek bileşimi, matris yapısının iyileşme verimliliği mekanik ve karakterizasyon testleriyle değerlendirilmiştir.Self-healing polymer systems are innovative structures that increase the lifetime of materials by detecting and repairing micro-level cracks, enabling sustainable and smart material designs. The encapsulation technique, one of the most widely used methods in these systems, aims to repair the material by reacting on the crack surface with the healing agents released from the capsules that break during crack formation. The encapsulation process is critical in terms of both protecting the healing agent from environmental effects and ensuring controlled release. In this thesis, polypropylene (PP) based hollow macrocapsules were developed and dispersed in both polystyrene (PS) and PP matrices and their healing performances were compared. Three-point bending, compression and tensile tests were performed on the composite specimens to compare the mechanical properties before and after curing. In addition, the effects on the direction of crack propagation were supported by microscopic analysis. In addition, urea-formaldehyde (UF) shell-based microcapsules with a core structure containing reactive thermoplastic acrylic resin and benzoyl peroxide were synthesized by in-situ polymerization. Capsule production and stability, core composition, healing efficiency of the matrix structure were evaluated by mechanical and characterization tests.