Doğal lif takviyeli biyopolimer kompozit üretimi ve aşınma özelliklerinin incelenmesi
Production of natural fiber reinforced biopolymer composite and investigation of its wear properties
Yazar: ENES BAŞTUĞ
Danışman: DOÇ. DR. YAVUZ KAPLAN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine ve İmalat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir Polilaktik Asit (PLA) ile hazırlanan kompozit malzemeler, çeşitli doğal lifler eklenerek takviye edilmiştir. Lifler arasında kabak, keten, jut, kenevir, bambu ve ipek bulunmakta olup, bu liflerin PLA matrisine entegrasyonu, ısıl işlem ve soğuk pres teknikleriyle gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda, lif oranları ağırlık olarak %0,5, %1 ve %1,5 olarak ayarlanıp, kompozitler 1 saat 30 dakika süreyle 250°C' de ısıl işlem görmüş ve sonrasında soğuk pres yöntemiyle form verilmiştir. Araştırmanın sonunda, kompozit numunelerin aşınma direnci ve yüzey özellikleri, Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) yöntemi ile incelenmiştir.

Yapılan analizler, kompozit malzemelerin aşınma performansını içeriklerindeki doğal lif çeşitliliği ve oranlarına bağlı olarak önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Elde edilen sonuçlara göre, kabak ve ipek lifleri, kompozitlerin aşınma performansını en yüksek düzeyde artıran lifler olarak öne çıkmıştır. Bambu lifi ile takviye edilmiş PLA kompozitlerinin aşınma direnci ve mukavemeti en iyi sonuçları vermiştir. Buna karşılık, jut lifi ile takviye edilen PLA kompozitlerinde, jut lifinin ısıya karşı dayanıklılığının düşük olması nedeniyle yüzeyde sıvanmalar ve yığılmalar gözlenmiş, bu da aşıma performansın azalmasına yol açmıştır. Keten ve kenevir lifleri de iyi performans göstermiş, ancak kabak ve ipek kadar yüksek aşınma direnci özelliği sunmamıştır. Kenevir lifi ile takviye edilen PLA kompozitleri ise orta düzeyde performans sergilemiştir.

Sonuç olarak, kabak ve ipek lifleri, PLA matrisli kompozitlerde en yüksek aşınma performansı sağlayan lifler olarak belirlenmiştir. Bu bulgular, doğal liflerin PLA matrisi içinde kullanılarak elde edilen kompozitlerin çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanım potansiyelini ortaya koymaktadır.

Abstract:
In this study, composite materials prepared with renewable and biodegradable Polylactic Acid (PLA) were reinforced by adding various natural fibers. The fibers included loofah, flax, jute, hemp, bamboo and silk, and the integration of these fibers into the PLA matrix was carried out by heat treatment and cold press techniques. In the studies, the fiber ratios were adjusted as 0.5%, 1% and 1.5% by weight, the composites were heat treated at 250°C for 1 hour and 30 minutes and then formed by cold press method. At the end of the study, the wear resistance and surface properties of the composite samples were examined by Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) method.

The analyzes performed showed that the wear performance of composite materials improved significantly depending on the variety and ratios of natural fibers in their content. According to the results obtained, pumpkin and silk fibers stood out as the fibers that increased the wear performance of the composites at the highest level. The wear resistance and strength of PLA composites reinforced with bamboo fiber gave the best results. On the other hand, in PLA composites reinforced with jute fiber, due to the low heat resistance of jute fiber, surface coating and accumulation were observed, which led to a decrease in wear performance. Flax and hemp fibers also showed good performance, but did not offer as high abrasion resistance as pumpkin and silk. PLA composites reinforced with hemp fiber showed moderate performance.

As a result, pumpkin and silk fibers were determined to be the fibers that provided the highest wear performance in PLA matrix composites. These findings reveal the potential of composites obtained by using natural fibers in PLA matrix in various industrial applications.