Effect of Alloyed Iron Powder on Mechanical, Physical and Morphological Properties of Low Density Polyethylene

Abstract

In this study; the effects of alloyed iron powder on the properties of low density polyethylene (LDPE) polymer were examined. Alloyed iron powder (Fe) was added at rates of 3 - 6 and 9% by volume. The changes in the mechanical, physical and thermal properties of low density polyethylene by adding iron powders at different rates were examined. LDPE/Fe polymer composites were mixed in a twin-screw extruder and then granulated. Then, test samples in accordance with the standards were molded from the obtained granules on the injection machine. To determine the properties of LDPE/Fe polymer composite; Tensile strength, breaking strength, elongation at break, impact strength, hardness, density, melt flow index (MFI), thermal distortion temperature (HDT), vicat softening temperature and dynamic friction coefficient determination tests were carried out. In addition, photographs were taken with scanning electron microscopy (SEM) to determine the distribution of iron powders within the LDPE matrix. As a result of the tests, with the addition of alloyed iron powder; Hardness, density, MFI, HDT, Vicat softening temperature values increased, whereas tensile strength, breaking strength, elongation at break and impact strength values decreased. In the friction coefficient determination test, it was determined that the dynamic friction coefficient values increased as the Fe ratio and load amount increased. As a result of SEM examination, it was determined that the iron particles were distributed homogeneously.

Keywords

• Low density polyethylene
• alloy iron powder
• mechanical properties
• polymer composite
• physical properties.

Düşük Yoğunluklu Polietilenin Mekanik, Fiziksel ve Morfolojik Özelliklerine Alaşımlı Demir Tozunun Etkisi

Abstract

Bu çalışmada; alaşımlı demir tozunun düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) polimerinin özelliklerine etkileri incelenmiştir. Alaşımlı demir tozu (Fe) hacimce % 3 - 6 ve 9 oranlarında katılmıştır. Farklı oranlarda katılan demir tozlarının düşük yoğunluklu polietilenin mekanik, fiziksel ve ısısal özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. LDPE/Fe polimer kompozitleri çift vidalı ekstrüderde karıştırılmış ve ardından granül haline getirilmiştir. Daha sonra elde edilen granüllerden enjeksiyon makinesinde standartlara uygun test numuneleri basılmıştır. LDPE/Fe polimer kompozitinin özelliklerinin belirlenmesi için çekme mukavemeti, kopma mukavemeti, kopma uzaması, darbe mukavemeti, sertlik, yoğunluk, erime akış indeksi (MFI), ısıl çarpılma sıcaklığı (HDT), vicat yumuşama sıcaklığı ve dinamik sürtünme katsayısı belirleme testleri yapılmıştır. Ayrıca demir tozlarının LDPE matrisi içerisindeki dağılımlarını belirlemek için taramalı elektron mikroskobisi (SEM) ile fotoğrafları çekilmiştir. Testler sonucunda alaşımlı demir tozu ilavesiyle; sertlik, yoğunluk, MFI, HDT, vicat yumuşama sıcaklık değerlerinde artış buna karşılık çekme mukavemeti, kopma mukavemeti, kopma uzaması ve darbe mukavemeti değerleri düşmüştür. Sürtünme katsayısı belirleme testinde Fe oranının ve yük miktarının artmasıyla dinamik sürtünme katsayısı değerlerinin de arttığı belirlenmiştir. SEM incelemesi sonucunda demir partiküllerinin homojen dağıldığı tespit edilmiştir.

Keywords

• Düşük yoğunluklu polietilen
• alaşımlı demir tozu
• mekanik özellikler
• polimer kompoziti
• fiziksel özellikler.

References

1. [1] Güdaş, A., Temel, S., Altuğ, M., Alüminyum tozu katkılı polipropilenin ergiyik akış indeksi özelliklerinin incelenmesi. Politeknik Dergisi, 20(1), 51-59 (2017).
2. [2] Spinace, M.A.S., Fermoseli, K.K.G., De Paoli, M.A., Recycled polypropylene reinforced with curaua fibers by extrusion, J. Appl. Polym. Sci., 112, 3686 (2009).
3. [3] Lai, S.M., Yeh, F.C., Wang, Y., Chan, H.C., Shen, H.F., Comparative study of maleated polyolefins as compatibilizers for polyethylene/wood flour composites, J.Appl. Polym. Sci., 87: 487 (2003).
4. [4] Kaya, Ö.A, Taşdemir, M., Tozkopara, S., Çıtrak, T., Birol, F., Bakır alaşım takviyesinin polietilen ve polipropilen polimerlerinin mekanik ve mikrobiyal özelliklerine etkisinin incelenmesi, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 13(2), 1287-1296 (2023).
5. [5] Niksad, M., Masood, S.H., Sbarski, I., Groth, A., A study of melt flow analysis of an ABS-iron composite in fused deposition modelling process, Tsinghua Science & Technology 14, 29-37, (2009).
6. [6] Tavman, I.H., Thermal and mechanical Properties of aluminum powder-filled high-density polyethylene composites, Journal of Applied Polymer Science, 62, 2161-2167, (1996).
7. [7] Tavman, I.H., Thermal and mechanical properties of copper powder filled poly (ethylene) composites, Powder Technology, 91, 63-67, (1997).
8. [8] Chawla, K., Singh, R., Singh, J., Mehta, H., Investigations on mechanical properties of secondary recycled ABS reinforced with Fe powder for 3D printing applications, Materials Today: Proceedings 50(5), 2450-2454, (2022).

9. [9] Ghosh, K., Maiti, S.N., “Melt rheological properties of silver-powder-filled polypropylene composites, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 36 (5), 703-722, (1997).
10. [10] Taşçı, G., Zeren, M., Metal katkılı polimer matrisli hibrit kompozitler, Metal Dünyası, 2017.
11. [11] Taşdemir, M., Gülsoy, H.Ö., Physical and mechanical properties of iron powder filled, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 45, 1207–1211, (2006).
12. [12] Güngör, A., Mechanical properties of iron powder filled high density polyethylene composites. Materials & design, 28(3), 1027-1030, (2007).
13. [13] Sa'ude, N., Ibrahim, M., Ibrahim, M.H.I., Mechanical properties of highly filled iron-ABS composites in injection molding for FDM wire filament, Materials Science Forum. Vol. 773-774, 456-461, Trans Tech Publications Ltd, (2014).
14. [14] Gülsoy, H.Ö., Taşdemir, M., The effect of bronze particles on the physical and mechanical properties of acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 46, 789–793, (2007).
15. [15] Gülsoy, H.Ö., Taşdemir, M., Physical and mechanical poperties of polypropylene reinforced with Fe Particles, International Journal of Polymeric Materials, 55, 619–626, (2006).