Experimental Analysis of Some Thermal and Mechanical Properties of Graphite Reinforced Polypropylene Composite Products for Sustainable Production

Abstract

In this day and age, new products are needed within the structure of environmentally sensitive production methods and for efficient use of Natural Resources and energy to reduce the emissions that cause climate change. Plastic materials take an important place in our daily lives. Polypropylene (PP), which is a thermoplastic polymer material, has a wide range of uses in the automotive industry, manufactory and food packaging, but in some cases it does not provide the desired properties. Composite material is needed to further improve the properties of these materials. Composite materials that are constantly evolving and changing have many advantages such as reducing costs, increasing the efficiency and quality of the product. Some materials used as additives to plastic materials also produce improvements in their mechanical and thermal properties as plastic composites. In this study, 100 standard test bars were produced in the injection machine by making homogenous mixture of % 1 graphite material with commonly used polypropylene (PP) material in double screw extruder machine. Pure polypropylene (PP) izod impact test with the prototype of the product and composite product, Melt Flow Index (MFI), Heat Deformation Test (HDT), hardness test (Shore-D) tensile test and density tests were conducted. According to the test results, some changes in thermal and mechanical properties of pure polypropylene (PP) and Graphite reinforced polypropylene (GPP) composite material were investigated. As a result, the mechanical properties of these two materials have improved by approximately % 30 and thermal properties by approximately % 15. By improving its mechanical and thermal properties it will provide great advantages in the plastics industry. It is also envisaged that it could be used as a new product in the military industry, aviation and automotive sectors.

Keywords

• Sustainable Production,Polypropylene,Graphite,Mechanical tests,Thermal tests

Sürdürülebilir Üretim için Grafit Takviyeli Polipropilen Kompozit Ürünlerin Bazı Termal ve Mekanik Özelliklerinin Deneysel Analizi

Abstract

Günümüzde, çevreye duyarlı üretim yöntemleri çerçevesinde ve doğal kaynakların ve enerjinin verimli kullanması, iklim değişikliğine sebep olan salınımların azaltmak için yeni ürünlere ihtiyaç duyulmuştur. Plastik malzemeler günlük hayatımızda önemli yer tutmaktadır. Termoplastik polimer malzemelerden olan polipropilen (PP), otomotiv sanayisi, tekstil ve yiyecek paketlemesi gibi çok geniş kullanım alanlarına sahiptir fakat bazı durumlarda istenilen özellikleri verememektedir. Bu malzemelerin özelliklerini daha iyileştirmek için kompozit malzemeye ihtiyaç duyulmaktadır. Sürekli gelişim ve değişim içinde olan kompozit malzemeler; maliyetlerin düşürülmesi, ürünün verimliliğinin ve kalitesinin arttırılması gibi birçok avantajlara sahiptir. Plastik malzemelere katkı olarak kullanılan bazı malzemeler plastik kompozit olarak mekanik ve termal özelliklerinde de iyileşmeler meydana getirmektedir. Bu çalışmada, % 1 grafit maddesi ile yaygın olarak kullanılan polipropilen (PP) malzeme ile çift vidalı ekstrüder tezgahında homojen karışımı yapılarak, enjeksiyon makinesinde 100 adet standart test çubuğu üretimi yapılmıştır. Katkısız polipropilen (PP) ile prototipi yapılan ürün ve kompozit ürünün izod darbe testi, eriyik akış endeksi (MFI), ısı deformasyon testi (HDT), sertlik testi (Shore-D), çekme testi ve yoğunluk testleri yapılmıştır. Test sonuçlarına göre, katkısız polipropilen (PP) ve Grafit katkılı polipropilen (GPP) kompozit malzemenin bazı termal ve mekanik özelliklerindeki değişmeler incelenmiştir. Sonuç olarak, bu iki malzemenin mekanik özellikleri yaklaşık olarak % 30 üzerinde ve termal özelliklerinde de yaklaşık % 15 üzerinde iyileşme meydana gelmiştir. Mekanik ve termal özelliklerinin iyileştirilmesi ile plastik sektöründe büyük avantajlar sağlayacaktır. Ayrıca, savunma sanayisi, havacılık ve otomotiv sektöründe yeni ürün olarak kullanılabileceği öngörülmüştür.

Keywords

• sürdürülebilir üretim,Polipropilen,Grafit,Mekanik Testler,Termal Testler

References

1. Şengül, Ö., & Şeremet, M. (2019). Analysis Of Thermal And Mechanical Properties Of The Product Manufactured With Graphite Reinforced Polypropylene (PP) Composite Material. International Marmara Sciences Congress (Autumn) 28 Ekim-1 Kasım, Kocaeli.
2. Onaran K. (2012). Malzeme Bilimi (12. Baskı), Bilim Teknik Yayınevi, İstanbul.
3. Savaşçı, Ö. T., 2002. Ana hatları ile plastikler ve plastik teknolojisi, PAGYAY yayıncılık, İstanbul.
4. Xu, J., Hu, Y., Song, L., Wang, O., Fan, W., & Chen, Z. (2002). Preparation And Characterization Of Poly (Vinyl Alcohol) Graphite, 40, 445467.
5. Şengül, Ö., Tugaytimur, C., & Şeremet, M. (2019). Polietilen-Grafen Takviyeli Kompozitlerin Mekanik ve Termal Özelliklerinin Deneysel İncelenmesi. 3rd International Engineering Research Symposium (Iners’2019), 5-7 Eylül, Düzce.
6. Cuhadaroğlu, A., & Kara, E. (2018). Grafit: Bir Genel Değerlendirme. Teknik Bilimler Dergisi; 8 (1): 14-33. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/tbed/issue/34644/330629 [7] https://tr.wikipedia.org/wiki/Polipropilen
7. Kam, M., Saruhan, H., & İpekçi, A. (2018). Investigation the effects of 3D printer system vibrations on mechanical properties of the printed products. Sigma J. Eng and Nat. Sci; 36(3): 655-666.
8. İpekçi, A., Kam, M., & Saruhan, H. (2018). Investigation of 3D printing occupancy rates effect on mechanical properties and surface roughness of PET-G Material Products. Journal of New Results in Science; 7(2): 1-8.

9. Kam, M., İpekçi, A., & Saruhan, H. (2017). Investigation of 3D printing filling structures effect on mechanical properties and surface roughness of PET-G material products. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi; 6(ISMSIT2017): 114-121.
10. Kam, M., Saruhan, H., & İpekçi, A. (2019). Investigation the effect of 3d printer system vibrations on surface roughness of the printed products. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi; 7(2): 147-157.
11. Kam, M., Saruhan, H., & İpekçi, A. (2019). Farklı doldurma şekillerinin üç boyutlu yazıcılarda üretilen ürünlerin mukavemetine etkisi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi;7(3): 951-960.
12. TS 1005, (1994), Plastikler-Izod Darbe Mukavemetinin Tayini, Türk Standartlar Enstitüsü, Ankara.
13. http://www.yalova.edu.tr/Files/UserFiles/158/Mekanik_Lab-10.07.2017_ozgur.pdf
14. http://dosya.yamer.com.tr/18-sertlik_olcum.pdf
15. http://turkish.electrical-testequipment.com/sale-9139991-portable-rubber-plastic-shore-hardness-tester-hand-held-measurement-100ha-dial-value.html
16. Durman, M. (1992), Kompozit Malzemeler Ders Notları, İ.T.Ü.Sakarya Üniversitesi Metalurji Mühendisliği Bölümü, Sakarya.
17. Gamstedt, E.K., Nygard, P., & Lindström, M., (2007). Transfer Of Knowledge From Papermaking To Manufacture Of Composite Materials. Proceedings Of The 3rd Wood Fibre Polymer Composites İnternational Symposium, p.12, Bordeaux.
18. http://hubtuam.hitit.edu.tr/isi-altinda-deformasyon-ve-yumusama-noktasi-sicakliklari-belirleme-cihazi-hdt-vicat.
19. https://www.mt.com/tr/tr/home/applications/Laboratory_weighing/density-measurement.html
20. Yüksel, M., & Meran, C. (2010). Malzeme Bilgisine Giriş Cilt 2, MMO.
21. Kayalı, E.S., Ensari, C., & Dikeç, F. (19966. Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri, İTÜ Kimya-Metalurji Fakültesi Yayını, İstanbul.
22. Yılmaz, S. (1999). Plastik Malzemelerin Mekanik özelliklerinin incelenmesi, Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği, İzmir.
23. Kartal, İ., & Boztoprak, Y. (2019). Bor Nitrür Partikülleriyle Takviye Edilmiş Vinilester Matrisli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, El Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, vol. 6, no. 1, pp. 43–50, Dec.
24. Yüksel, M., & Meran, C. (2010). Malzeme Bilgisine Giriş Cilt 2, MMO.
25. Gamstedt, E.K., Nygard, P., & Lindström, M. (2007). Transfer of knowledge from papermaking to manufacture of composite materials. Proceedings of the 3rd wood fibre polymer composites international symposium, p.12, Bordeaux.