Odun bazlı polimerik kompozit panellerde sensör uygulamaları
Sensor applications in wood-based polymeric composite panels
Yazar: ÖZDEN BESTE KOÇOĞLU
Danışman: PROF. DR. GÜRALP ÖZKOÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı / Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Basınç sensörleri = Pressure sensors ; Elektriksel iletkenlik = Electrical conductivity ; Kompozit paneller = Composite panels ; Nem sensörleri = Humidity sensors ; Polimer kompozitler = Polymer composites

Özet:
Odun doğallığı, biyolojik olarak parçalanabilirliği, geri dönüştürülebilirliği, yaygın bulunabilirliği ve ucuz olması sayesinde günümüzde çevresel sorunların artmasıyla yeniden popülerleşmiştir. Bu nedenle, yeni odun türevli malzeme ve kompozitlerin tasarımına yönelik ilgi gün geçtikçe artmaktadır. Günümüzde özellikle inşaat, dekorasyon, döşeme ve mobilya sektörlerinde yaygın olarak kullanılan odun bazlı kompozitlerin ise işlevselliğini artırarak "akıllı ev" konseptine uyarlanmak istenmektedir. Bu tez çalışmasında, akıllı ev sistemlerinde acil durum algılama sensörleri olarak uygulanmak üzere elektriksel olarak iletken odun bazlı panellerin geliştirilmesi araştırılmaktadır. Polimerik metilen difenil izosiyanat (pMDI) reçinesi kullanılarak üretilmiş yonga levhalar, nem, sıcaklık ve basınç değişimlerinin algılanmasını sağlamak için karbon siyahı ve karbon elyaflarla takviye edilmiştir. Sıcak presleme yoluyla üretilen paneller standart mekanik özelliklerini korumuş ve çeşitli çevresel koşullar altında istikrarlı performans sergilemiştir. Karbon siyahı dolgulu paneller, karbon elyaf dolgulu panellere kıyasla daha düşük bir dolgu konsantrasyonunda (ağırlıkça %5) elektriksel perkolasyon eşiğine ulaşmıştır. Ağırlıkça %20 karbon siyahı ilavesiyle yalıtkan olan panellerin elektrik direnci 8,6 ohm.cm'ye düşerken, ağırlıkça %60 karbon elyaf ilavesiyle direnç değeri daha da düşerek 7,7 ohm.cm'ye inmiştir. Algılama yetenekleri açısından, karbon elyaf içeren paneller nem, sıcaklık ve basınç değişikliklerine karşı üstün hassasiyet göstermiştir. Ancak, karbon siyahı içeren paneller nem ve basınç değişikliklerini algılarken, sıcaklık değişikliklerini algılamada etkisiz kalmıştır. Karbon elyaf dolgulu paneller arasında, ağırlıkça %20 konsantrasyona sahip olanlar nem ve basınç algılama için en iyi performansı sergilerken, ağırlıkça %40 karbon elyaf içeriğine sahip paneller en güvenilir ve tutarlı sıcaklık algılama özelliklerini sergilemiştir.

Abstract:
Wood's naturalness, biodegradability, recyclability, widespread availability, and low cost have made it increasingly popular again in recent years due to the rise of environmental issues. As a result, interest in the design of new wood-derived materials and composites is growing day by day. Today, wood-based composites, which are widely used in construction, decoration, flooring, and furniture sectors, are being adapted to the "smart home" concept by enhancing their functionality. This thesis investigates the development of electrically conductive wood-based panels to be used as emergency detection sensors in smart home systems. Particleboard, produced using polymeric methylene diphenyl isocyanate (pMDI) resin, has been reinforced with carbon black and carbon fibers to detect changes in humidity, temperature, and pressure. The panels produced by hot pressing have maintained their standard mechanical properties and demonstrated stable performance under various environmental conditions. Carbon black-filled panels reached the electrical percolation threshold at a lower filler concentration (5% by weight) compared to carbon fiber-filled panels. With the addition of 20% carbon black by weight, the electrical resistance of the insulating panels dropped to 8.6 ohm.cm, while the resistance further decreased to 7.7 ohm.cm with 60% carbon fiber addition by weight. In terms of sensing capabilities, the carbon fiber-containing panels exhibited superior sensitivity to changes in humidity, temperature, and pressure. However, the carbon black-filled panels were effective in detecting changes in humidity and pressure, but ineffective in detecting temperature changes. Among the carbon fiber-filled panels, those with a 20% weight concentration showed the best performance for humidity and pressure detection, while the panels with 40% carbon fiber content exhibited the most reliable and consistent temperature sensing properties.