Doğal lif destekli polimer kompozit malzemelerin otomotiv endüstrisinde kullanımı
Natural fiber-reinforced polymeric composite materials for the automotive industry
Yazar: YEKTA KARADUMAN
Danışman: DOÇ. DR. LEVENT ÖNAL
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Bölümü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Son yıllarda doğal lif destekli kompozit malzemelere olan ilgi artmaktadır. Bu çalışmada, halı telefi jüt iplikleri ile muhtelif reçinelerden elde edilen kompozitlerin otomotiv endüstrisinde kullanım olanakları araştırılmıştır.Kompozit üretiminde, atkısında 4/1 Lea (tek katlı) veya 4/2 Lea (çift katlı) jüt ipliği (ağırlıkça %98) ve çözgüsünde 42x3 Tex 35/65 viskoz/polyester ipliği (ağırlıkça %2) bulunan halı telefleri kullanılmıştır.Kompozitlerin arayüzünü iyileştirmek amacıyla jüt telefleri sodyum hidroksit (NaOH) ile işleme tabi tutulmuştur. Alkali işlem iplik yapısını açmak ve lifleri daha pürüzlü hale getirmek suretiyle kompozitlerde lif-reçine etkileşimini/yapışmasını arttırmıştır. Böylece kompozitlerin mekanik özellikleri artmış, nem absorpsiyonu azalmıştır.Kompozitlerin çekme, eğme ve darbe testleri yapılmıştır. Kompozitlerin mekanik özelliklerine iplik tipi, alkali işlem, lif ağırlık oranı, reçine tipi, destekleme formu ve üretim tekniğinin etkisi araştırılmıştır. İstatistiksel analiz sonucunda en yüksek çekme mukavemeti, çekme modülü, eğme mukavemeti ve eğme modülü değerini veren konfigürasyon `çift katlı iplik, %10 alkali işlem, %42 lif ağırlık oranı, epoksi reçine, rasgele destekleme formu, basınçlı kalıplama' olmuştur. En yüksek darbe mukavemetini sağlayan konfigürasyon ise `tek katlı iplik, %10 alkali işlem, %42 lif ağırlık oranı, polyester reçine, direkt destekleme formu, basınçlı kalıplama' olarak belirlenmiştir.Kompozitlerin nem absorpsiyon özellikleri de incelenmiştir. Nem absorpsiyonunun Fick difüzyon kanununa uyduğu görülmüştür. Kompozitlerdeki lif oranının artmasıyla nem absorpsiyonu neredeyse doğrusal olarak artmıştır.Kompozitlerin mekanik özelliklerinin nem absorpsiyonu sonucundaki değişimi araştırılmıştır. 168 saat nem absorpsiyonu sonucu eğme mukavemeti ve modülünde sırasıyla %40 ve %60'a varan düşüş; darbe direncinde %30'a varan artış kaydedilmiştir.Kompozitlerin maliyet-performans analizi yapılmıştır. Kompozit üretiminde telef jüt kullanımının, mekanik özelliklerde önemli bir düşüş olmadan, destekleyici bazında yaklaşık %90 maliyet avantajı sağladığı saptanmıştır.Anahtar Kelimeler: Jüt halı telefi, Doğal lif kompozitleri, Mekanik özellikler, Nem absorbsiyonu, Otomotiv Endüstrisi.

Abstract:
There is an increasing interest in natural fiber-reinforced composite materials in recent years. In this work, the usability of carpet waste jute yarn composites in automotive industry was investigated.Carpet wastes which are composed of 4/1 Lea (single ply) and 4/2 Lea (double ply) jute yarns (98 wt%) as weft yarns and 42x3 Tex 35/65 viscose/polyester yarns (2 wt%) as warp yarns were used for composite production.Jute yarns were treated with sodium hydroxide (NaOH) solution to improve the interface of the composites. NaOH treatment improved fiber-matrix adhesion by opening the yarn structure and increasing the roughness of the fiber surface. As a result, the mechanical properties of resulting composites increased and moisture absorption of the composites decreased.Composite tensile, flexure and impact tests were carried out. The effects of yarn type, alkali treatment, fiber weight fraction, resin type, reinforcement form and production method on composite properties were investigated. Statistical analyses results showed that the optimum configuration for the highest tensile strength, tensile modulus, flexural strength and flexural modulus is `double ply yarn, 10 wt% alkali treatment, 42 wt% fiber weight fraction, epoxy resin, random reinforcement form and compression molding? whereas the optimum configuration for impact strength was found as `single ply yarn, 10 wt% alkali treatment, 42 wt% fiber weight fraction, polyester resin, direct reinforcement form and compression molding?.Moisture absorption properties of the composites were investigated. It was shown that moisture absorption follows the Fick?s law of diffusion. Moisture absorption increased almost linearly with increasing fiber content.The deviation of composite mechanical properties after moisture absorption was investigated. Flexural strength and modulus reduced up to 40% and 60% and impact strength increased up to 30% after moisture absorption.Cost-performance analyses for carpet waste jute composites were carried out. It was concluded that by using jute carpet wastes for composite production, cost savings up to 90% can be obtained in terms of reinforcement material without an important reduction in mechanical properties.Keywords: Jute carpet waste, Natural fiber composites, Mechanical properties, Moisture absorption, Automotive Industry.