Nano kompozit elastomerik elektrik iletken malzemelerde çatlak oluşum ve ilerlemesinin DIC metodu yardımı ile deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Doğal kauçuğun çatlak oluşumunu ve ilerleme direncini birçok faktör etkilemektedir. En önemli faktörlerden biri, kauçukta kullanılan dolgu maddesi tipidir. Son zamanlarda, iki boyutlu düzlemsel grafen (grafen nanoplakaları; GNP'ler) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT'ler) nanodolgular olarak mükemmel takviye etkinlikleriyle büyük dikkat çekmektedir. Bu nanodolgular, takviye olarak çok düşük oranlarda kullanıldığında bile, kauçukların sadece mekanik özelliklerini değil, aynı zamanda çalışma ömrü (yorulma ömrü), elektrik iletkenliği, yırtılma direncinde iyileşmeler sağlamaktadır. Bu çalışmada, iki aşamalı mekanik bir karıştırma yöntemiyle ana malzemesi SVR olan bir kauçuk karışımı (SVR, SBR ve CBR) ve nanodolgular karıştırılarak elektriksel iletkenliğe sahip iki nanokompozit numune grubu hazırlanmıştır. Birinci grup grafen nanoplakalar (GNP'ler) ile takviye edilirken, ikinci grup ise çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT'ler) ile takviye edilmiştir. Deneysel olarak sanki-statik yüke maruz bırakılan tek kenarına kesik açılmış (düz çentik) numuneler ile çatlak başlangıcı tahrik edilmiştir. Elde edilen bu tek kenar kesikli numunelerde çatlak ilerlemesi ve elektriksel direnç ilişkisini belirlemek için çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Çatlak ucuna yakın bölgedeki lokal birim uzama dağılımını araştırmak için Dijital Görüntü Korelasyonu (DIC) tekniği kullanılmıştır. Sonuçlar çatlak uzunluğu, grafen dolgu oranı ve elektriksel iletkenlik özellikleri arasındaki ilişkiyi belirlemek için değerlendirilmiştir. GNP'ler, nanokompozitin yırtılma direncini olumsuz bir şekide etkilerken, MWCNT'lerin etkisi yırtılma direncini artırma yönünde elde edilmiştir. Nanokompozitin yırtılma davranışında çatlak ucuna yakın alandaki lokal performansla çok yakın bir ilişkisi olduğu gözlemlenmiştir. Her iki nanokompozitin elektrik iletkenliği, nanodolgu maddesi tarafından oluşturulan ve elektrik direncini azaltan iletken ağ ile geliştirilmiştir.

Many factors can influence the crack initiation and propagation resistance of the natural rubber. One of the most glaring factors is reinforcing filler of the rubber. Recently, graphene nanoplatelets (GNPs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) have attracted considerable attention due to their excellent reinforcing efficiency. When the nanofillers used even at very low loading as phr, could not only improve the mechanical properties of rubbers but also improvmed service life, supplied electrical conductivity, and developed wear resistance. In this study, two groups of conductive nanocomposites were prepared by mixing a rubber mixture (SVR, SBR, and CBR) with different nanofillers by a two-stage mechanical mixing method. The first group was reinforced by GNPs, whereas the second group was reinforced by MWCNTs. The quasi-static loading was implemented using single-edge notched specimens which were adopted to estimate the crack propagation and the electrical resistance relation. Digital Image Correlation (DIC) technique was used to investigate the local strains distribution in the area near the crack tip. The results evaluated to clarify the relationship between crack length, graphene filler ratio, and electrical conductivity properties. GNPs affected negatively on the compound's fracture resistance, whereas the MWCNTs had positive effect observed by increasing the fracture resistance of the compound. The fracture properties of the nanocomposite had a very close relationship with The local performance of the area near the crack tip. The electrical conductivity of both of nanocomposites was improved because of the conductive network, which was formed by nanofillers and reduced the electrical resistance.