Search

Son yıllarda, iyileştirilmiş özelliklere sahip malzeme olabilme potansiyelleri nedeniyle karbon-bazlı katkı maddeleri, özellikle karbon nanotüp (KNT) ve grafen nano plakalar (GnP), ile güçlendirilmiş polimer nanokompozitler artan ilgi görmektedir. Diğer katkı maddeli kompozitlerle karşılaştırıldığında, bu kompozitler ısıl, elektriksel ve mekanik özelliklerde daha iyi bir artış göstermektedir. Fakat, karbon-bazlı katkı maddelerinin polimerlerdeki dağılımı, uygulamalarını ve onları içeren nanokompozitlerin performansını kısıtlayan bir engeldir. Bu sorunu çözmek için en basit yöntem hibrit katkı maddelerinin polimer matrise eklenmesidir.Bu tezin temel amacı, karbon bazlı katkı maddelerinin sinerjik etkisinin, ağırlık oranının ve boyutunun ısıl, elektriksel ve mekanik özellikler üzerine etkilerini incelemektir. Bu amaçla, katkı maddesinin boyutunun yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE)-bazlı nanokompozitlerin özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi için, farklı en-boy oranına sahip iki tip KNT ve farklı boyutlara sahip üç tip GnP kullanılmıştır. Tüm numuneler eriyik harmanlama yöntemi ve ardından kalıp sıkıştırma yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Boyut ve sinerjik etkisini daha iyi anlamak için, ilk olarak, sadece KNT veya GnP içeren nanokompozitlerin özellikleri üzerine karbon-bazlı katkı maddelerinin boyut etkisi araştırılmıştır. Daha sonra, katkı maddeleri arasındaki sinerjik etkiyi araştırmak için en iyi performansı gösteren KNT ve GnP aynı anda matrise eklenmiştir. Son olarak, bu özellikleri en iyi şekilde artıran katkı maddelerinin optimum dolgu ağırlık oranını ve boyutunu belirlemek için farklı boyutlarda GnP'ler ve KNT'ler içeren hibrit nanokompozitlerin özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. In recent years, polymer nanocomposites reinforced by carbon-based nanofillers, especially multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) and graphene nanoplatelets (GnPs), have received increasing attention due to their potentials as tailored materials with improved properties. Many studies have been reported that these nanocomposites exhibit better enhancement in thermal, electrical, and mechanical properties compared the nanocomposites with other filler materials. However, the dispersion of carbon-based nanofillers within the polymers is the bottleneck impeding their applications and the performance of the nanocomposites including them. The incorporation of hybrid nanofillers into polymer matrix is the easiest method to overcome this problem. The main objective of this thesis is to investigate the effects of synergic, weight ratio and size of carbon-based nanofillers on the thermal, electrical, and mechanical properties. For this purpose, two different dimensions of MWCNTs and three different dimensions of GnPs were used to investigate the size effect on the high-density polyethylene (HDPE)-based nanocomposites properties. All samples were prepared by using melt mixing, followed by compression molding. To better understand size and synergic effects, first, the size effect of carbon-based nanofillers on the properties of nanocomposites including MWCNTs or GNPs alone were investigated. Then, MWCNTs and GnPs exhibiting the best performance were simultaneously added into the matrix to investigate the synergic effect between nanofillers. Finally, these properties of the hybrid nanocomposites including GnPs and CNTs with different sizes were investigated experimentally to determine optimum filler weight ratio and size which maximally enhance certain properties. 381

Bu çalışmada, alüminyum tanecikler ile takviye edilmiş yüksek yoğunluklu polietilen kompozitlerin ısıl iletkenlik değeri deneysel, sayısal ve teorik olarak incelenmiştir. Yüksek yoğunluklu polietilen-alüminyum kompozitler farklı alüminyum hacimsel konsantrasyon (1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 21, 25 ve 30 yüzde) değerlerinde kalıp sıkıştırma yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Polimer kompozitlerin ısıl iletkenliği `modified transient plane source` tekniğine dayalı C-Therm thermal analyzer cihazı ile belirlenmiştir. Alüminyum taneciklerin hacimsel konsantrasyonu artışıyla, yüksek yoğunluklu polietilen kompozitlerin ısıl iletkenlik değeri artmaktadır. Sayısal çalışma dolgu maddesinin konsantrasyonunun, dizilişinin ve geometrisinin fonksiyonu olarak sonlu eleman analiz yöntemine dayanan ANSYS 14. 0 yazılımıyla 2 ve 3 boyutda gerçekleştirilmiştir. İki boyutlu analizler için, dolgu maddesi şekli silindir ve kare prizma, matris malzeme şekli kare prizma olarak seçilmiştir. Üç boyutlu analizler için, dolgu maddesi şekli küre ve küp, matris malzeme şekli küp olarak seçilmiştir. Matris içindeki dolgu maddesi sayısının değişiminin etkisi, dolgu maddesinin sayısı 1, 2, 4, 8 ve 16 olarak varsılarak incelenmiştir. Alüminyum taneciklerin şekli küre varsayıldığı için, küre dolgu modeli deneysel verilerle iyi ilişki göstermektedir.Deneysel ölçülen ısıl iletkenlik değerleri teorik modellerle hesaplanan ısıl iletkenlik değerleri ile karşılaştırılmıştır. Maxwell, Hamilton ve Crosser, Meredith ve Tobias, Lord Rayleigh, Agari ve Uno, Lewis ve Nielsen teorik modellerin sonuçları deneysel sonuçlara yakın değerlerde elde edilmiştir. In this study, thermal conductivity of aluminium particles reinforced high density polyethylene composites has been examined experimentally, numerically and theoretically. High density polyethylene-aluminium composite materials have been produced by using mold compression process in various (1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 18, 21, 25, 30 percent) volumetric concentrations of aluminium. Thermal conductivity of polymer composites has been measured by C-Therm thermal analyzer depending on the modified transient plane source technique. Thermal conductivity of high density polyethylene-aluminium composite materials increases by increasing volume fraction of aluminium particles. Numerical study is carried out as functions of concentrations, arrangements and geometries of filler materials in two and three dimensional by ANSYS 14.0 based on finite element analysis software. For two dimensional analyses, shapes of filler are selected as cylinder and square prism, shape of matrix is chosen square prism. For there dimensional analysis, shape of matrix is selected as cube and filler materials' shapes are simulated sphere and cube. Effect of changing amount of fillers in the matrix is examined that the fillers number in the matrix is assumed to be as 1, 2, 4, 8 and 16. As shape of aluminium particles are assumed to be spherical, sphere filler models are found to be in good correlation with experimental values.Experimental measured thermal conductivity values have been compared with theoretically calculated ones. Maxwell's, Hamilton & Crosser's, Meredith & Tobias's, Lord Rayleigh's, Agari & Uno's, Lewis & Nielsen's theoretical models are found to be closer to experimental values. 171

Gıdaların su içerikleri kurutularak düşürüldükten sonra dondurulması işlemine kurutularak-dondurma (dehydrofreezing) ismi verilmektedir. Kısmi kurutulmuş gıdaların dondurulması, enerji kazanımı ile ağırlık ve boyut azalması nedeniyle paketleme ve taşıma maliyetinde azalma sağlamaktadır. Bu çalışmada kavun dilimlerine (5 cm×10 cm×1 cm) donma öncesi ön işlem olarak karıştırmalı ve ultrason destekli ozmotik kurutma işlemi uygulanmıştır. Kavun dilimlerinin 3 farklı su içeriğine (%85, %80 ve %75) ozmotik olarak kısmi kurutma işlemi sırasındaki kütle aktarımı deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Yarı kurutulan kavun dilimlerinin su içeriğinin donma işlemi üzerine etkisi deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Yarı kurutma işleminin donma işleminin enerji verimliliği üzerine etkisi belirlenmiştir.Ozmotik ortam olarak 55 ?Briks yüksek maltoz içerikli glikoz şurubu kullanılmıştır. Ozmotik kurutma işlemi 38 ?C'de, donma işlemi -22 ?C ortam sıcaklığında derin dondurucuda gerçekleştirilmiştir.Ozmotik kurutma işlemi sırasında gerçekleşen su kaybı için efektif difüzivitenin 1,11×10-10 m2/s, katı kazanımı için efektif difüzivitenin ise 9,55×10-11 m2/s olduğu tepit edilmiştir. Başlangıç su içeriği %92 olan kavun dilimlerinin %85, %80 ve %75 su içeriklerine yarı kurutulması için gerekli ozmotik kurutma süreleri sırasıyla 1 saat 30 dak., 5 saat 15 dak. ve 9 saat 45 dak. olarak belirlenmiştir. Ozmotik kurutma işlemi kuramsal olarak Azuara modeli, Hawkes/Flink modeli ve nümerik model ile incelenmiştir. Model öngörüleri ile deneysel veriler arasındaki uyumun yüksek oranda bulunduğu tespit edilmiştir. Yarı kurutma sonrası ulaşılan su içeriği azaldıkça su aktivitesi değerlerinin azaldığı, toplam şeker içeriklerinin arttığı, ancak bu değerler üzerine ozmotik uygulama yönteminin etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Renk özelliklerindeki değişim açısından bakıldığında özellikle %75 su içeriğine sahip örneklerin ?a? değerinin artığı belirlenmiştir.Kavun dilimlerinin su içeriği azaldıkça donma sürelerinin kısaldığı, donma başlangıç sıcaklıkların ise düştüğü belirlenmiştir. Nümerik model donma zamanı öngörüleri ile deneysel veriler arasında iyi uyum elde edilmiştir. Donma süresi sonrası sıcaklık dağılımları nümerik model ile öngörülmüştür. Dondurulmuş kavun dilimlerinin su içeriği azaldıkça çözünme kayıplarının ve su aktivitesinin azaldığı, uygulanan ozmotik ön işlemin uygulanma yönteminin bu kalite özellikleri üzerine etkisinin de istatistiksel olarak önemli olduğu belirlenmiştir (p

Gıdaların su içerikleri kurutularak düşürüldükten sonra dondurulması işlemine kurutularak-dondurma (dehydrofreezing) ismi verilmektedir. Kısmi kurutulmuş gıdaların dondurulması, enerji kazanımı ile ağırlık ve boyut azalması nedeniyle paketleme ve taşıma maliyetinde azalma sağlamaktadır. Bu çalışmada kavun dilimlerine (5 cm{604}10 cm{604}1 cm) donma öncesi ön işlem olarak karıştırmalı ve ultrason destekli ozmotik kurutma işlemi uygulanmıştır. Kavun dilimlerinin 3 farklı su içeriğine (%85, %80 ve %75) ozmotik olarak kısmi kurutma işlemi sırasındaki kütle aktarımı deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Yarı kurutulan kavun dilimlerinin su içeriğinin donma işlemi üzerine etkisi deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Yarı kurutma işleminin donma işleminin enerji verimliliği üzerine etkisi belirlenmiştir. Ozmotik ortam olarak 55 °Briks yüksek maltoz içerikli glikoz şurubu kullanılmıştır. Ozmotik kurutma işlemi 38 °C'de, donma işlemi -22 °C ortam sıcaklığında derin dondurucuda gerçekleştirilmiştir. Ozmotik kurutma işlemi sırasında gerçekleşen su kaybı için efektif difüzivitenin 1,11{604}10-10 m2/s, katı kazanımı için efektif difüzivitenin ise 9,55{604}10-11 m2/s olduğu tepit edilmiştir. Başlangıç su içeriği %92 olan kavun dilimlerinin %85, %80 ve %75 su içeriklerine yarı kurutulması için gerekli ozmotik kurutma süreleri sırasıyla 1 saat 30 dak., 5 saat 15 dak. ve 9 saat 45 dak. olarak belirlenmiştir. Ozmotik kurutma işlemi kuramsal olarak Azuara modeli, Hawkes/Flink modeli ve nümerik model ile incelenmiştir. Model öngörüleri ile deneysel veriler arasındaki uyumun yüksek oranda bulunduğu tespit edilmiştir. Yarı kurutma sonrası ulaşılan su içeriği azaldıkça su aktivitesi değerlerinin azaldığı, toplam şeker içeriklerinin arttığı, ancak bu değerler üzerine ozmotik uygulama yönteminin etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Renk özelliklerindeki değişim açısından bakıldığında özellikle %75 su içeriğine sahip örneklerin "a" değerinin artığı belirlenmiştir. Kavun dilimlerinin su içeriği azaldıkça donma sürelerinin kısaldığı, donma başlangıç sıcaklıkların ise düştüğü belirlenmiştir. Nümerik model donma zamanı öngörüleri ile deneysel veriler arasında iyi uyum elde edilmiştir. Donma süresi sonrası sıcaklık dağılımları nümerik model ile öngörülmüştür. Dondurulmuş kavun dilimlerinin su içeriği azaldıkça çözünme kayıplarının ve su aktivitesinin azaldığı, uygulanan ozmotik ön işlemin uygulanma yönteminin bu kalite özellikleri üzerine etkisinin de istatistiksel olarak önemli olduğu belirlenmiştir (p