Doğal lif takviyeli polimerik kompozit malzemelerin üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of natural fibres reinforced polymeric composite materials
Yazar: OLCAY GÜNEY
Danışman: PROF. DR. AYŞEGÜL ÜLKÜ METİN ; DOÇ. DR. İBRAHİM BİLİCİ
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Gelişen teknoloji ile endüstrinin birçok dalında sürdürülebilir, alternatif, çevresel etki değeri düşük ürünleri kullanma çabası artmıştır. Bunun bir sonucu olarak kaynak verimliliği, işlenebilirliği, çevresel etkileri değerlendirildiğinde kompozit malzemelerde sıklıkla kullanılan sentetik liflerin yerini doğal lifler almaya başlamıştır. 
Bu kapsamda, bu tez çalışmasında doğal lif takviyeli termoset ve termoplastik polimer matrisli kompozit malzemelerin üretilmesi amaçlanmış ve doğal lif olarak ham kenevir lifleri ve bundan elde edilen selülozik nanolifler kullanılmıştır. Selülozik nanoliflerin polimerler ile etkileşimini arttırmak amacıyla, maleik anhidrit, tiriviniletoksilan ile çevreci yaklaşımlar uygulanarak modifikasyon işlemleri yapıldı. Polimer matrisli kompozit malzemelerin üretiminde, termoset polimer olarak epoksi reçine, termoplastik polimer olarak geri dönüştürülmüş polietilen kullanıldı. 
Takviye oranları, epoksi kompozit malzeme üretiminde, ağırlıkça %0.5-10 arasında değişirken, geri dönüştürülmüş polietilen kompozit malzeme üretiminde ağırlıkça %10-50 arasında değiştirildi. Epoksi kompozit malzemeler, döküm yöntemi ile üretilirken, polietilen matrisli kompozit malzemeler enjeksiyon kalıplama yöntemi ile üretildi. 
Çalışma kapsamında doğal lif olarak kullanılan kenevir ve elde edilen selülozik nanoliflerin özellikleri ve modifikasyon işlemlerinin kenevir liflerinin yapısındaki etkisi Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), X-Işını Kırınımı (XRD), Termal Analiz ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) yöntemleri kullanılarak değerlendirildi. Üretilen doğal lif takviyeli kompozit malzemelerin sertlik ve çekme testleri yapılarak mekanik özellikleri, Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ve Termal Mekanik Analizleri (TMA) yapılarak termal özellikleri, Erime Akış İndeksi (MFI) analizi yapılarak erime akış hızları belirlendi. 
Sonuçlar değerlendirildiğinde ham kenevire uygulanan ekstraksiyon işleminden elde edilen liflerin 390 nm olduğu belirlendi. Elde edilen selülozik nanoliflerin hem kristalinitesinin hem de termal kararlılığının ham kenevire göre arttığı belirlendi. Selülozik nanoliflere uygulanan maleik anhidrit ve triviniletoksilan modifikasyonları sonucunda ise liflerin kristalinite indeks değerlerinin ve termal kararlılıklarının azaldığı belirlendi. Ham kenevir lifleri, selülozik nanolifler ve modifiye selüloz nanolifler farklı katkı oranlarında kullanılarak üretilen epoksi ve geri dönüştürülmüş polietilen matrisli polimerik kompozit malzemelere mekanik ve termal testler yapılarak; RC-PE matrisli kompozit malzemelerde her üç katkı türünde de en yüksek dayanıma sahip optimum katkı oranının %30 olduğu belirlendi.

Abstract:
In many industries developing technology has increased the effort to use sustainable, alternative products with low environmental impact value. As a result of this, when the resource efficiency, processability, and environmental effects are evaluated, natural fibers have started to replace the synthetic fibers that are frequently used in composite materials. 
In this scope, it was aimed to produce natural-fiber reinforced thermoset and thermoplastic polymer matrix composite obtained from Cannabis in this thesis. Raw cannabis fibers and cellulosic nanofibers were used as natural fibers. Various modification processes were applied to increase the interaction of cellulosic nanofibers with polymers. Cellulosic nanofibers were modified with trivinylethoxylan and maleic anhydride by applying environmental approaches. In the production of polymer based composite materials, epoxy resin was used as the thermoset polymer and recycled polyethylene was used as the thermoplastic polymer.
While the loading ratios were varied between 0.5-10% in the production of epoxy composite materials by casting, it was changed in the range of 10-50% in the production of recycled polyethylene composites by injection molding method.
The properties of raw Cannabis, cellulosic nanofibers obtained from raw Cannabis and the effect of modification processes on the structure of Cannabis fibers were evaluated using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), Thermal analysis and Scanning electron microscope (SEM) methods. The mechanical properties of natural fiber reinforced composites were evaluated using hardness and tensile tests, and thermal properties of composites were determined by Thermogravimetric analysis (TGA), Differential scanning calorimetry (DSC) and Thermomechanical analysis (TMA).
According to the result, it was determined that the size of fibers after the extraction process was 390 nanometers. It was calculated that both the crystallinity and thermal stability of nanofibers increased compared with raw Cannabis. It was also evaluated that the crystallinity index values and thermal stability of the fibers decreased after the chemical modification. The properties of epoxy and recycled polyethylene based polymeric composites produced by using raw Cannabis fibers, cellulosic nanofibers and modified cellulose nanofibers at different concantraion. It was determined that the optimum reinforcement ratio was 30% in all used reinforcement types in RC-PE composites.