The Effect of Different Environmental Conditions on the Mechanical and Thermal Properties of Epoxy-Based Hybrid Composites

Abstract

Endüstriyel atıklar dünyada olduğu gibi ülkemizde de küçümsenemeyecek boyutlarda çevresel problemlere neden olmaktadır. Bu atıkların çeşitli alanlarda değerlendirilmesiyle çevre kirliliğine bir miktar çözüm sağlanabileceği gibi ülke ekonomisine de girdi sağlanacağı düşünülmektedir. Kompozit malzemelerin geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında dayanım/yoğunluk ve elastisite modülü/yoğunluk oranlarının yüksek olması bu malzemelere talebi arttırmıştır. Atık lastiklerin termal pirolizi, malzeme ve enerji geri kazanımı için endüstriyel açıdan faydalı bir yöntemdir ve pirolitik karbon siyahı (KS) bu sürecin ikincil ana ürünü olarak kabul edilir. Bu çalışmada, pirolitik KS ve kalsiyum karbonat içeren doğal atık malzeme-yumurta kabuğu (YK) tozları epoksi tabanlı hibrit kompozitlerde dolgu olarak kullanılmıştır. Kütlece %25 hibrit dolgu içeren kompozitlerin mekanik, termal, dinamik-mekanik ve UV ışınlarına dayanıklılık özelliklerine hem KS:YK oranının (kütlece 1:1, 1:3 ve 3:1), hem de farklı çevresel ortamların (su, deniz suyu, hidrotermal ve UV ışınları) etkisi incelenmiştir. Kompozitlerin karakterizasyonunda taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA), dinamik-mekanik analiz (DMA), UV absorpsiyon, çekme ve sertlik testleri uygulanmıştır. Saf su, deniz suyu ve hidrotermal yaşlandırma koşullarında 30 gün boyunca maksimum ağırlık artışının ER ve kompozitler için %0,99-1,4, %0,86-1,18 ve %1,64-2,63 olduğu bulunmuştur. Yaşlandırılmamış kompozitin aksine, 1:3 hibrit kompozit bu yaşlandırma koşullarında daha yüksek çekme mukavemeti değerlerine sahip olmuştur. Mekanik özellikleri en fazla hidrotermal yaşlandırma etkilemiştir. Ayrıca, yaşlandırılmış 1:3 hibrit kompozit için camsı geçiş sıcaklığı (Tg) değerlerinde daha düşük bir azalma bulunmuştur. Bu kompozit, kompozitler arasında UV ışınlarına en dayanıklı tespit edilmiştir.Industrial waste causes environmental problems in our country and around the world. It is believed that by evaluating these wastes in various areas, solutions can be found to address environmental pollution, and valuable inputs can be provided to the national economy. The high strength/density and elasticity modulus/density ratios of composite materials compared to traditional materials have increased the demand for these materials. Thermal pyrolysis of waste tires is an industrially valuable method for material and energy recovery, and pyrolytic carbon black (CB) is considered the secondary main product of this process. This study utilized natural waste eggshell (ChESh) powders containing pyrolytic carbon black (CB) and calcium carbonate as fillers in epoxy-based hybrid composites. The effects of both CB: ChESh ratio (1:1, 1:3, and 3:1 wt ratio) and different environmental environments (water, seawater, hydrothermal, and UV rays) on the mechanical, thermal, dynamic-mechanical, and UV ray resistance properties of composites containing 25% hybrid filler by mass were investigated. A scanning electron microscope (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA), UV absorption, and tensile and hardness tests were used for the characterization of the composites. The maximum weight gain over 30 days in pure water, seawater, and hydrothermal aging conditions was found to be 0.99-1.4%, 0.86-1.18%, and 1.64-2.63% for ER and composites, respectively. In contrast to the unaged composite, the 1:3 hybrid composite had higher tensile strength values under these aging conditions. The mechanical properties were affected the most by hydrothermal aging. In addition, a lower decrease in the glass transition temperature (Tg) values was found for the aged 1:3 hybrid composite. This composite was the most resistant to UV radiation among the composites.