Experimental Investigation of the Effects of Different Types of Fly Ashes on Mechanical Properties of Rubber

Abstract

One of the most important problems of today is the storage or disposal of waste materials without damaging the nature. Fly ash, a waste product, emerges by burning coal in thermal power plants. Fly ashes are spherical particles with a glassy structure, usually between 0.5 and 200 μm in size. Fly ashes are collected in various ways to prevent air pollution and harm to the environment. A large part of the collected fly ash is eliminated by storage. With the increasing population in the world, the use of thermal power plants and therefore the amount of waste fly ash is also increasing. Increasing the amount of fly ash without harming nature is becoming increasingly difficult. Another way to eliminate these fly ashes is to use it as a secondary additive, especially in the construction and plastics industry. In this way, both fly ash has a positive effect on the materials they are used and they are eliminated without damaging the nature. In this study, four fly ashes with different chemical properties were added to SBR (styrene-butadiene rubber) rubber and their mechanical effects on rubber were investigated. In the study, fly ash of Class F, Micron3, PV 14A and PV 20A types of thermal power plants in Texas, USA were used as secondary additive. Carbon black was used as the primary additive. In the tests, carbon black as the primary additive and fly ash as the secondary additive at 5,10,15,20% were added to the rubber material. In the experiments, tensile strength and elongation values of rubber materials produced by adding 100% carbon black as primary additives and rubber materials produced by adding different amounts of fly ash were compared. In this way, it is observed that the waste products fly ash is reduced to environmental damage and also the increase in tensile strength and elongation of the plastic material is observed.

Keywords

• Fly ash
• Rubber
• Carbon black

Farklı Tip Uçucu Küllerin Kauçuğun Mekanik Özelliklerine Etkisinin Deneysel İncelenmesi

Öz

Günümüzün en önemli sorunlarından bir tanesi de atık malzemelerin doğaya zarar vermeden depolanması veya ortadan kaldırılmasıdır. Termik santrallerde kömürün yakılmasıyla atık bir ürün olan uçucu küller ortaya çıkmaktadır. Uçucu küllerin boyutları genellikle 0.5 ile 200 μm arasında değişen, camsı yapıya sahip küresel parçacıklardır. Uçucu küller havaya karışıp çevreye zarar vermemesi için çeşitli yollarla toplanırlar. Toplanan uçucu küllerin büyük bir bölümü depolanma yöntemiyle ortadan kaldırılır. Dünyada artan nüfus ile birlikte termik santral kullanımı ve dolayısıyla atık uçucu kül miktarı da artmaktadır. Artan uçucu kül miktarının doğaya zarar vermeden ortadan kaldırılması git gide zorlaşmaktadır. Bu uçucu külleri ortadan kaldırmanın diğer bir yolu da özellikle inşaat ve plastik endüstrisinde ikincil katkı maddesi olarak kullanmaktır. Bu sayede hem uçucu küller kullanıldıkları malzemelere olumlu yönde etki etmekte hem de doğaya zarar vermeden ortadan kaldırılmaktadırlar. Bu amaçla yapılan çalışmada farklı kimyasal özelliklere sahip dört adet uçucu kül SBR(styrene-butadiene rubber) kauçuğa eklenerek, kauçuk üzerindeki mekanik etkileri incelenmiştir. Çalışmada Amerika’nın Teksas Eyaletinde bulunan termik santrallerden Class F, Micron3, PV 14A ve PV 20A tipi uçucu küller ikincil katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Birincil katkı maddesi olarak karbon siyahı kullanılmıştır. Testlerde birincil katkı maddesi olarak karbon siyahı ve %5,10,15,20 oranlarında ikincil katkı maddesi olarak uçucu kül kauçuk malzemeye eklenmiştir. Deneylerde birincil katkı maddesi olarak %100 karbon siyahı eklenerek üretilen kauçuk malzemeler ile farklı oranlarda uçucu kül eklenerek üretilen kauçuk malzemelerin çekme dayanımı ve kopma uzama değerleri karşılaştırılmıştır. Bu şekilde atık ürün olan uçucu küller kullanılarak çevreye olan zararları azaltılmış hem de plastik malzemenin çekme dayanımında ve kopma uzamasında artış sağlandığı gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Uçucu kül
• Kauçuk
• Karbon siyahı

Kaynakça

1. Morrison, R. E. (1970). A review of ash specifications. Symposium of Fly Ash Utilization, 24-31.
2. Güler, G., Güler, E., İpekoğlu, U., Mordoğan, H. (2005). Uçucu küllerin özellikleri ve kullanım alanları. IMTEC2005, 419-423.
3. Wasti, Y. (1990). Uçucu küllerin geoteknik özellikleri ve kullanım olanakları. İMO Teknik Dergi, 1, 177-188.
4. Elverici, Ü. (1986). Effect of blast furnace slag and flyash on the stabilization of base materials. Yüksek Lisans Tezi. ODTÜ/Fen Bilimleri Enstitüsü.
5. Büyüköner, B. (1989). Properties of compacted and steam cured fly ash lime masonryunits. Yüksek Lisans Tezi. ODTÜ/Fen Bilimleri Enstitüsü.
6. Savran, K. Z. (1988). Stabilization of cohesive soils with fly ash. Yüksek Lisans Tezi. ODTÜ/Fen Bilimleri Enstitüsü.
7. Uysal, F. (1987). Geotechnical Properties of the fly-ashes produced in to thermal plants in Turkey. Yüksek Lisans Tezi. ODTÜ/Fen Bilimleri Enstitüsü.
8. Alataş, T. (1996). Afşin Elbistan Termik Santrali uçucu külünün yol stabilizasyonunda çeşitli maddelerle birlikte kullanımı üzerinde bir araştırma. Doktora Tezi. Fırat Üniversitesi/Fen Bilimleri Enstitüsü.

9. Ergüt, Ş. (1994). Seyitömer Termik Santral atık uçucu küllerinin sinterleşme karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi. İTÜ/Fen Bilimleri Enstitüsü.
10. Toros, H. (1987). Afşin Elbistan Termik Santrali uçucu küllerinin yapı malzemesi olarak kullanılması. Yüksek Lisans Tezi. İTÜ/Fen Bilimleri Enstitüsü.
11. Yılmaz, Ş. (1982). Seyitömer Termik Santral atık uçucu küllerinin yapı malzemesi olarak değerlendirilmesi. Yüksek Lisans Tezi. ODTÜ/Fen Bilimleri Enstitüsü.
12. Hamamcı, R. B. (1991). Effect of rubber, carbon black and fly ash on physical properties of pavements. Yüksek Lisans Tezi. Boğaziçi Üniversitesi/Fen Bilimleri Enstitüsü.
13. BORAL, (2019). http://www.boralna.com/brochures/ordering/default.asp?site=boral_na &company=Fly%20Ash&product=Flyash&category=443&c_name=MSDS%20Sheets&scr=1. Erişim tarihi: 14 Ocak 2020.
14. LANXESS, (2019). https://techcenter.lanxess.com/pbr/emea/en/products/datasheet/ Buna_ VSL_ 5025-2 _ HM.pdf?docId=7960864&gid=1807&pid=10. Erişim tarihi: 14 Ocak 2020. Ooi, X. Z., Ismail, H., Bakar, A. A. (2013). Synergistic effect of palm ash filled rubber compound at low filler loading. Polymer Testing, 32, 38-44.
15. Kanking, S., Niltui, P., Wimolmala, E., Sombatsompop, N. (2012). Use of bagasse fiber ash as secondary filler in silica or carbon black filled natural rubber compound. Materials and Design, 41, 74-82.
16. Cokca, E., Yilmaz, Z. (2004). Use of rubber and bentonite added fly ash as a liner Material. Waste Management, 24, 153-164.
17. Ray, D. (2009). Modification of the dynamic damping behavior of fly ash filled unsaturated polyester resin/SBR latex blend composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 28, 1537-1552.
18. Rattanasom, N., Saowapark, T., Deeprasertkul, C. (2007). Reinforcement of natural rubber with silica/carbon black hybrid filler. Polymer Testing, 26, 369-377.
19. Bahruddin, A., Ahmad, A., Prayitno, A., Satot, R. (2012). Morphology and mechanical properties of plam based fly ash reinforced dynamically vulcanized natural rubber/polypropylene blends. Procedia Chemistry, 4, 146-153.
20. Van der Merwe, E., M., Prinsloo, L., C., Mathebula, C., L., Swart, H., C., Coetsee, E., Doucet, F., J. (2014). Surface and bulk characterization of an ultrafine South African coal fly ash with reference to polymer applications. Applied Surface Science, 317, 73-82.
21. Paul, K., T., Pabi, S., K., Chakraborty, K., K., Nando, G., B. (2009). Nanostructured fly-ash styrene butadiene rubber hybrid nanocomposites. Polymer Composites, 1647-1656.
22. Sombatsompop, N., Thongsang, S., Markpin, T., Wimolmala, E. (2004). Fly ash particles and precipitated silica as fillers in rubbers. I. Untreated fillers in natural rubber and styrene-butadiene rubber compounds. Journal of Applied Polymer Science, 93, 2119-2130.
23. Garde, K., McGill, W., J., Woolard, C., D. (1999). Surface modification of fly ash-characterisation and evaluation as reinforcing filler in polyisoprene. Plastics, Rubber and Composites, 28, 1-10.
24. Feldman, D. (2012). Elastomer nanocomposites; Properties. Journal of Macromolecular Science, Part A:Pure and Applied Chemistry, 49, 784-793.
25. Liu, R., Sancaktar, E. (2018). Durability assessment via residul strength and viscoelastic observations on filled rubber compounds. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 41-9, 2054-2065.