Termoplastik kompozit yapıların termal ve radyasyon kalkanlama özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Gelişen teknoloji ile polimer malzemeler, günlük hayatta birçok alanda kullanılmaya başlanmıştır. Bu malzemelerin işleme kolaylığı, birçok çeşidinin olması, kullanım alanlarına göre değiştirilebilir ve modifiye edilebilir olması, polimer malzemelerin kullanım oranının artmasına neden olmuştur. Polimer malzemelerin üstün özelliklerini bir araya getirmek veya yeni özellikler elde etmek amacıyla, genellikle mikro veya makro ölçekte dolgu malzemeleri ile polimer matrisler karıştırılır ve kompozit malzemeler oluşturulur. Kompozit malzemeler, sundukları faydalar ve geniş uygulama alanları sayesinde günümüz imalat sektöründe önemli bir konuma sahiptir. Özellikle 20. yüzyılın ikinci yarısında bu malzemeler üzerine önemli çalışmalar yapılmıştır. Kompozit malzemelerin kullanım alanları geniştir ve istenen mühendislik özellikleri kazandırılabilir. Günümüzde malzemelere kazandırılması gereken önemli özelliklerden birisi ise radyasyon kalkanlama özelliğidir. Radyasyonun kullanımı ve etkileri, günlük yaşamımızda büyük bir öneme sahiptir. İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma, sağlık açısından ciddi bir tehlike oluşturabilir ve bu durum, radyasyonun zararlı etkilerinden korunma yöntemlerinin araştırılmasına yol açmıştır. Uzun zamandır radyasyonun etkilerinden korunmak için yüksek absorbe etme özelliğinden dolayı kurşun kullanılmaktadır. Ancak kurşun içerikli malzemelerin yoğunluğunun yüksek olması ve sağlık açısından toksik özellik göstermesi gibi olumsuzluklardan dolayı kalkanlama alanında faklı malzemeler araştırılmalıdır. Bu malzemelere örnek olarak barit, radyasyon tutma özelliği taşıyan baryum elementinin en yaygın minerali olarak bilinen baryum sülfattır. Bu çalışmada, etilen vinil asetat kopolimeri gibi bir termoplastik elastomer (TPE) polimeri kullanılarak farklı tipte ve oranlarda inorganik dolgu malzemeleri (barit, tungsten, tungsten karbür, nikel tungsten oksit) ile kurşuna ve kurşun dolgulu kompozitlere oranla çok daha hafif kompozit levhalar oluşturulmuştur. Eriyik harmanlama yöntemiyle hazırlanan bu kompozitlerin yoğunluk değerleri, termal ve mekanik özellikleri incelenmiş ve radyasyon kalkanlama özelikleri test edilmiştir. Yapılan çalışmalar, mineral dolgu malzemeleriyle birlikte fonksiyonel dolgu maddelerinin kullanımıyla yüksek radyasyon zırhlama performansına sahip, yüksek mekanik mukavemete sahip, esnek ve yumuşak kompozit malzemelerin elde edilebildiğini göstermiştir. Elde edilen kompozitler geri dönüştürülebilir, yeniden şekillendirilebilir özelliklere sahiptir.

With the developing technology, polymer materials have started to be used in many areas of daily life. The ease of processing of these materials, their many types, and the fact that they can be changed and modified according to their areas of use have led to an increase in the use of polymer materials. In order to combine the superior properties of polymer materials or to obtain new properties, polymer matrices are generally mixed with fillers on a micro or macro scale and composite materials are formed. Composite materials have an important position in today's manufacturing sector thanks to the benefits they offer and their wide application areas. Important studies have been carried out on these materials especially in the second half of the 20th century. The areas of use of composite materials are wide and the desired engineering properties can be gained. One of the important properties that should be gained in materials today is radiation shielding. The use and effects of radiation are of great importance in our daily lives. Exposure to ionizing radiation can pose a serious health hazard and this has led to the research of methods of protection from the harmful effects of radiation. Lead has been used for a long time to protect against the effects of radiation due to its high absorption feature. However, due to the negativities such as the high density of lead-containing materials and their toxicity in terms of health, different materials should be investigated in the field of shielding. An example of these materials is barite, barium sulfate, which is known as the most common mineral of the barium element that has radiation retention properties. In this study, much lighter composite sheets were created compared to lead and lead-filled composites with different types and ratios of inorganic fillers (barite, tungsten, tungsten carbide, nickel tungsten oxide) using a thermoplastic elastomer (TPE) polymer such as ethylene vinyl acetate copolymer. The density values, thermal and mechanical properties of these composites prepared by the melt blending method were examined and their radiation shielding properties were tested. Studies have shown that flexible and soft composite materials with high radiation shielding performance, high mechanical strength can be obtained with the use of functional fillers together with mineral fillers. The composites obtained have recyclable and reshapeable properties.