Kaz tüyü ve odun lifi takviyeli polipropilen biyokompozitlerin fiziksel, mekanik, ısı transfer ve morfolojik özelliklerinin karşılaştırmalı incelenmesi
Comparative study of physical, mechanical, heat transfer and morphological properties of goose down and wood fiber reinforced polypropylene biocomposites
Yazar: SİNAN TÜRK
Danışman: DOÇ. DR. MAHMUT ALİ ERMEYDAN
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyokompozit Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products
Dizin: Kompozitler = Composites ; Odun lifi = Wood fiber ; Polipropilen = Polypropylene ; Yalıtım = Insulation

Özet:
Polipropilen/polietilen gibi petrol türevi polimer malzemeler ve bu polimerler ile üretilen kompozitler günümüz endüstrisinde geniş bir kullanım alanına sahiptir ancak petrol türevi polimerler ve doğal olmayan katkıların zararlı etkileri, sürdürülebilir olmayışı gibi etkenlerden ve çevresel bilincin arttığı son dönemde "biyokompozitler (biyomalzeme içeren kompozitler)" konusunda yürütülen bilimsel çalışmalar ve araştırmalar artmaktadır. Otomotiv endüstrisi, ambalaj ve izolasyon endüstrilerinde yoğun bir şekilde kullanılan bu polimerlerin kullanım sonrası oluşan atık problemleri gibi sebeplerden, malzeme kullanımının azaltılması ya da kullanım verimliliğinin artırılması günümüzde gerekli görülmektedir. Bir diğer yönden düşük ağırlıklı olmaları, iyi mekanik özellikleri, proses kolaylığı, yalıtım özellikleri, akustik özellikleri gibi nedenlerle biyokompozitler ev aletleri, otomotiv ve havacılık endüstrileri gibi bir çok alanda kullanılmakta ve doğal olmayan malzeme takviyeli kompozit malzemeler veya polimerler yerine tercih edilebilmektedirler. Bunların yanında iyi mekanik özellikler göstermeleri ve yaygın kullanım alanları sebebiyle, polipropilen (PP) ve doğal takviye malzemeleri ile üretilen biyokompozitler pek çok yaygın mühendislik malzemesine ve endüstride kullanılan bir çok polimer ürünlere alternatif olabilme kapasitesine sahiptir. Kaz tüyü yüksek doluluk ve iyi yalıtım özelliği sebebiyle tekstilde kullanım alanına sahip doğal bir malzemedir. Bu çalışmada PP matrisli, yüksek izolasyon özelliklerine sahip kaz tüyü ve karaçam odunu ile takviyelenmiş biyokompozitler üretilmiş ve mekanik özellikleri ile birlikte izolasyon özellikleri de incelenmiştir. Bu iki takviye edici ürünle oluşturulmuş biyokompozit malzemelerin üretimi ile daha iyi izolasyon özelliklerine sahip, kütle performansı geliştirilmiş ve endüstriyel alanda saf polimerlere alternatif bir malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Karaçam odunu ve kaz tüyü ile takviyelenmiş biyokompozitler farklı oranlarda işlenmiş ve birbirleri ile kıyaslanmıştır. Biyokompozit malzemeler 40 L/D çift vidalı ekstrüder ile üretilmiş, enjeksiyon ile test örnekleri hazırlanmıştır. Üretilen biyokompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin tespiti için çekme ve eğilme testleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen biyokompozit malzemelerin fiziksel özelliklerini tespit etmek için yoğunluk, kalınlık artışı ve su alma oranı testleri, termal özelliklerini belirlemek için TGA analizi, kimyasal karakterizasyon için FTIR analizi, izolasyon özellikleri için ses yutum katsayısı ölçümü ve ısıl iletkenlik katsayısı testleri yapılmıştır. Sonuç olarak, %5 odun unu ile takviye edilmiş kompozitin çekme direnci dışında, %15'e kadar hem kaz tüyü hem de odun unu kullanılan biyokompozitlerin eğilme ve çekme dayanımlarının kayda değer oranda arttığı bulunmuştur. Çekme modüllerinin ise hem odun unu hem de kaz tüyü içeren varyasyonlarda takviyenin kullanımı ile birlikte arttığı tespit edilmiştir. Isıl iletkenlik katsayısı ölçümü sonucunda odun onu içeren örnekler PP ile karşılaştırıldığında benzer, kaz tüyü içeren örnekler ise PP ile karşılaştırıldığında düşük iletkenlik katsayısı gösterdiği, ses yutum katsayısı testindeyse hem odun unu hem de kaz tüyü içeren örneklerin yüksek frekansta daha yüksek ses yutum katsayısına sahip olduğu bulunmuştur. Bu bilgiler ile birlikte içeriğinde odun unu yer alan örnekler selülozik malzemenin higroskopik kimyasal yapısı nedeniyle su alma ve şişme oranlarının daha fazla olduğu gözlenmiştir. Bu yapılan çalışma ile birlikte nispeten daha ucuz takviye edici malzemeler ile desteklenmiş , nispeten iyi izolasyon özellikleri gösteren çevreye duyarlı biyokompozit malzemeler üretilmiştir.

Abstract:
Petroleum-derived polymer materials such as polypropylene/polyethylene and composites produced with these polymers have a wide range of uses in today's industry, but the harmful effects of petroleum-derived polymers and unnatural additives, their unsustainability, and the recent increase in environmental awareness have resulted in "biocomposites (composites containing biomaterials)" scientific studies and researches on the subject are increasing. It is considered necessary to reduce the use of materials or increase the efficiency of use due to reasons such as waste problems after use of these polymers, which are used extensively in the automotive industry, packaging and insulation industries. On the other hand, due to their low weight, good mechanical properties, ease of processing, insulation properties, and acoustic properties, biocomposites are used in many areas such as household appliances, automotive and aerospace industries and can be preferred instead of non-natural material-reinforced composite materials or polymers. In addition, biocomposites produced with polypropylene (PP) and natural reinforcement materials have the capacity to be an alternative to many common engineering materials and many polymer products used in the industry, due to their good mechanical properties and common usage areas. Goose down is a natural material that is used in textiles due to its high filling and good insulation properties. In this study, biocomposites reinforced with PP matrix, goose down and larch wood with high insulating properties were produced and their mechanical properties and insulation properties were also investigated. With the production of biocomposite materials formed with these two reinforcing products, it is aimed to develop an alternative material with better insulation properties, improved mass performance and pure polymers in the industrial field. Biocomposites reinforced with larch wood and goose feathers were processed at different rates and compared with each other. Biocomposite materials were produced with a 40 L/D twin screw extruder, and test samples were prepared by injection. Tensile and bending tests were carried out to determine the mechanical properties of the produced biocomposite materials. Density, thickness increase and water uptake tests were performed to determine the physical properties of the produced biocomposite materials, TGA analysis to determine their thermal properties, FTIR analysis for chemical characterization, sound absorption coefficient measurement for insulation properties and thermal conductivity coefficient tests were performed. As a result, apart from the tensile strength of the composite reinforced with 5% wood flour, it was found that the flexural and tensile strengths of biocomposites using both goose down and wood flour increased significantly up to 15%. It was determined that the tensile modulus increased with the use of reinforcement in the variations containing both wood flour and goose down. As a result of the thermal conductivity coefficient measurement, it was found that the samples containing wood were similar when compared with PP, the samples containing goose down showed a low conductivity coefficient compared to PP, and in the sound absorption coefficient test, the samples containing both wood flour and goose down had a higher sound absorption coefficient at high frequency. . With this information, it was observed that the water absorption and swelling rates of the samples containing wood flour were higher due to the hygroscopic chemical structure of the cellulosic material. With this study, environmentally friendly biocomposite materials with relatively good insulation properties, supported by relatively cheaper reinforcing materials, were produced.