The Effects of Rare Earth Elements on The Fluidity of Carbon Fiber Powder Reinforced Polyolefins

Year 2023, Volume: 26 Issue: 4, 1683 - 1689, 01.12.2023

Yılmaz Kısmet , Serhat Güray

https://doi.org/10.2339/politeknik.1176003

Abstract

In this study, the effects of carbon fiber powder and rare earth elements on the fluidity of commercial thermoplastics belonging to the polyolefins group which are; low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE) and polypropylene (PP) were investigated. At first, melt flow analyzes of the mixtures of thermoplastics were performend in which 5%, 10% and 15% by weight carbon fiber powder were mixed mechanically. After that, solutions were prepared with LDPE, carbon fiber powder and over 90% enriched lanthanum and cerium, and their fluidity was examined. While preparing these solutions, LDPE was dissolved in synthetic thinner, lanthanum and cerium were dissolved in water and then carbon fiber powder was reinforced. These solutions were mixed with pure thermoplastics (LDPE, HDPE, PP) separately at rates of 10%, 20%, 30%, 40% and 50% by weight, and fluidity and density analyzes were performed. In this way, the effects of both carbon fiber powder and carbon fiber powders impregnated with lanthanum and cerium on the fluidity and density of thermoplastics were determined and the results obtained were explained with graphics.

Keywords

Lanthanum, Cerium, Carbon fiber powder, Melt flow index., Polyethylene

Nadir Toprak Elementlerinin Karbon Elyaf Tozu Takviyeli Poliolefinlerin Akışkanlığına Etkileri

Abstract

Bu çalışmada, poliolefinler grubuna ait ticari birer termoplastik olan alçak yoğunluklu polietilen (AYPE), yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) ve polipropilenin (PP) akışkanlığı üzerine karbon elyaf tozunun ve nadir toprak elementlerinin etkileri incelenmiştir. Öncelikle mekanik olarak karıştırılan ağırlıkça %5, %10 ve %15 oranlarında karbon elyaf tozu içeren termoplastiklere ait karışımların eriyik akış analizleri yapıldı. Daha sonra AYPE, karbon elyaf tozu ve %90’nın üzerinde zenginleştirilmiş lantan ve seryum ile çözeltiler hazırlandı ve bunların akışkanlıkları incelendi. Bu çözeltiler hazırlanırken AYPE sentetik tinerde, lantan ve seryum ise su da çözündü ve sonra karbon elyaf tozu takviye edildi. Hazırlanan bu çözeltiler saf termoplastikler (AYPE, YYPE, PP) ile ayrı ayrı ağırlıkça %10, %20, %30, %40 ve %50 oranlarda karıştırılarak akışkanlık ve yoğunluk analizleri gerçekleştirildi. Bu şekilde hem karbon elyaf tozu hem de lantan ve seryum emdirilmiş karbon elyaf tozlarının termoplastiklerin akışkanlık ve yoğunluğu üzerine olan etkileri belirlenerek elde edilen sonuçlar grafiklerle açıklandı.

Keywords

Polietilen, Lantan, Seryum, Karbon elyaf tozu, eriyik akış indeksi

References

• [1] A. Ravve, “Principles of Polymer Chemistry”, third ed., Springer, New York, p. 17, (2012).
• [2] Michaeli W. “Verarbeitungsverfahren für die Kunststoffe, Einführung in die Kunststoffverarbeitung”. 5th ed. Austria, Vincentz Network, (2006).
• [3] ] I. Novak, A. Popelka, z. Spitalsky, et al., “Polyolefin in Packaging and Food Industry“, Polyolefin Compounds and Materials, Fundammentals and Indistrial Applications, Springer International Publishing, Switzerland, (2016).
• [4] Kaiser W. “Polyolefine, Kunststoffchemie für Ingenieure”. 3rd ed. Munich, Germany, Carl Hanser Verlag, (2011).
• [5] Kılıç, M., Yüce, A.,E., Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Pvc Ve Pet Atıkların Seçimli Flotasyonu Bölüm 1: Plastikler; Çevresel Etkileri; Geri Dönüģümü , Aralık 29(2): 79-93, (2014).
• [6] Tunçay, M., Çalış, S. “İlaç Taşıyıcı Sistemlerde Kullanılan Biyoparçalanabilir Sentetik Ve Doğal Polimerler”, Bilimsel Taramalar, 24:109-123, (1999).
• [7] ] Uğraşkan, V., Yoruç, A., “Yeşil Polimerler ve Uygulamaları, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi”, 318-337, (2017).
• [8] Gysau D. “Füllstoffe”. 2nd ed. Hannover, Germany, Vincentz Network, (2006).
• [9] Nawang R., Danjaji I.D., Ishiaku U.S., Ismail, H. “Machanical proporties of sago starch-filled linear low density polyethylene (LLDPE) composites”, Polymer Testing, 20(2): 167-172, (2001).
• [10] Luo X., Li J., Feng J., Xie S., Lin X. “Evaluation of distillers grains as fillers for low density polyethylene: mechanical, reological and thermal characterization”, Composites Science and Technology, Vol. 89 13, pp. 175-179, (2013).
• [11] Kijenska M., Kowalska E., Palys B., Ryczkowski J. “Degradability of composites of low density polyethylene/polypropylene blends filler with rape straw”, Polymer Degradation and Stability, 95(4):536-542, (2010).
• [12] Y. Kısmet, “Effects of Hydrolyzed electrostatic powder coating wastes on fluidity and density of polyolefins”, Sigma J. Eng. Nat. Sci. 33(3): 377–383, (2015).
• [13] Kısmet, Y., & Dogan, A. “Characterization of the mechanical and thermal properties of rape short natural-fiber reinforced thermoplastic composites”. Iranian Polymer Journal, 31(2): 143-151, (2022).
• [14] İlhan, R., Feyzullahoğlu, E., “Cam Elyaf Takviyeli Polyester Kompozit Malzemelerde Kullanılan Doğal Elyaflar Ve Dolgu Maddeleri”, El-Cezerî Fen Ve Mühendislik Dergisi, 355- 381, (2019).
• [15] Özer, H. “Sürekli Cam Elyaf Takvyeli Termoplastik Kompozit Malzemelerin Geliştirilmesi Ve Mekanik Özelliklerinin Deneysel Olarak Belirlenmesi”, (Doctoral dissertation, Bursa Uludag University (2015).
• [16] Singh Y, Singh J, Sharma S, Lam DT, Nguyen DN., “Fabrication and characterization of coir/carbon-fiber reinforced epoxy based hybrid composite for helmet shells and sports-good applications: influence of fiber surface modifications on the mechanical, thermal and morphological properties”. J Mater Res Technol 9:15593–15603, (2020).
• [17] Genç, A., “Karbon Elyaf Ve Karbon Nanotüp Katkılı Poliamid 6 Polimer Kompozit Malzemesinin İşlenebilirlik Özelliklerinin İncelenmesi” Yüksek Lisans Tezi, (2019).
• [18] Celep, O.,.Yazıcı, E., Deveci, H., “Nadir Toprak Elementlerinin Birincil Ve İkincil Kaynaklardan Üretimi” Derleme Makalesi, 264-280, (2021).
• [19] Baştürkcü, E., Şavran, C., Timur , S., Yüce, E., “Birincil Ve İkincil Mineral Kaynaklarından Nadir Toprak Elementlerinin Fiziksel Ve Fizikokimyasal Yöntemlerle Üretim Proseslerinin İncelenmesi” Araştırma Makalesi, 7(2): 276-287, (2021).
• [20 Ural, M.N., Vural, A. , Çiftçi, A., “Nadir Toprak Elementlerinin Sosyo/Kültürel Ekonomik Ve Teknolojik Gelişmelerle İlişkisinin N-Gram Analizi İle İncelenmesi” Journal Of Social, Humanities And Administrative Sciences, 6(24): 369-379, (2020).
• [21] Akar,C. “Ergimiş Nadir Toprak Metallerinin Termodinamiksel Ve Yapısal Özelliklerinin İncelenmesi” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, (2002).
• [22] Guerreiro SD, João IM, “Real LP Evaluation of the influence of testing parameters on the melt flow index of thermoplastics”. Polym Test, 31:1026–1030, (2012).
• [23] Kısmet, Y. “Hidrolize Edilmiş Elektrostatik Toz Boya Atık Miktarına Bağlı Olarak Poliamid (PA6) Ve Polioksimetilenin (POM) Eriyik Akış İndeksleri Ve Yoğunluklarındaki Değişimin İncelenmesi” Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(4): 241-245, (2015).