PRODUCTION OF CERAMIC NANOPARTICULATE REINFORCED POLYMER MATRIX COMPOSITES AND CHARACTERIZATION OF THEIR MECHANICAL PROPERTIES

Abstract

ABSTRACT

In recent studies, to improve thermal and antibacterial properties of polyethylene, copper is added to matrix. However, addition of copper to polyethylene matrix cause to decrement of mechanical properties despite its positive effect on thermal properties. Thus, mechanical properties of copper/polyethylene composites are needed to be enhanced using a reinforcement material. This study aims to investigate effect of vanadium carbide content on thermal, mechanical and tribological properties of copper/polyethylene matrix composites. For this purpose, copper/polyethylene composites containing nano vanadium carbide particles in different ratios (0.5 wt.%, 1 wt.%, 2 wt.%) were produced by injection molding. In order to examine thermal properties of samples, differential thermal analysis (DTA) was conducted. Tensile, flexural and impact tests were applied to understand mechanical properties of composites. Reciprocating wear test was performed under different loads (20N, 30N, 40N) to examine tribological properties. Also, the cross-sectional surfaces of samples were investigated by Scanning Electron Microscope (SEM). The results show that thermal stability of PE/15Cu composite was improved by addition of VC. Also, hybrid composites including 1 wt.% VC had nearly 17% and 15% higher flexural strength and impact energy, respectively. However, VC addition caused to decrease of wear resistance when the reinforcement ratio is more than 0.5 wt.%.

ÖZET

Son zamanlarda yapılan çalışmalarda, polietilenin termal ve antibakteriyel özelliklerini iyileştirmek için matrise bakır eklenmektedir. Ancak polietilen matrise bakır ilavesi, termal özellikler üzerindeki olumlu etkisi göstermesine rağmen mekanik özelliklerin azalmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, takviye malzemesi kullanılarak bakır/polietilen kompozitlerinin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması, vanadyum karbür içeriğinin bakır/polietilen matrisli kompozitlerin termal, mekanik ve tribolojik özellikleri üzerindeki etkisini araştırmayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, enjeksiyon kalıplama ile farklı oranlarda (ağırlıkça %0,5, ağırlıkça %1, ağırlıkça %2) nano vanadyum karbür partikülleri içeren bakır/polietilen kompozitleri üretilmiştir. Numunelerin termal özelliklerini incelemek için diferansiyel termal analiz (DTA) yapılmıştır. Kompozitlerin mekanik özelliklerini anlamak için çekme, eğilme ve darbe testleri uygulanmıştır. Tribolojik özellikleri incelemek için farklı yükler (20N, 30N, 40N) altında aşınma testi yapılmıştır. Ayrıca numunelerin kesit yüzeyleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Sonuçlar, PE/15Cu kompozitinin termal stabilitesinin VC ilavesiyle iyileştirildiğini göstermektedir. Ayrıca, ağırlıkça %1 VC içeren hibrit kompozitler, sırasıyla yaklaşık %17 ve %15 daha yüksek eğilme mukavemetine ve darbe enerjisine sahiptir. Ancak VC ilavesi, takviye oranı ağırlıkça %0,5'ten fazla olduğunda aşınma direncinin azalmasına neden olmuştur.