Polimer esaslı kenevir, ketencik ve perlit içeren kompozitlerin fiziko-mekanik ve termal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of physico-mechanical and thermal properties of polymer based composites containing hemp, camelina and perlite
Yazar: MEHMET NURİ KOLAK
Danışman: DOÇ. DR. MERAL OLTULU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Isı yalıtımı = Heat insulation ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Polimer malzemeler = Polymer materials ; Yapı malzemeleri = Building materials

Özet:
Amaç: Bu çalışmada polimer matrisli kenevir, ketencik ve perlit takviyeli kompozitlerin yangın direnci, fiziko-mekanik, termal özellikleri ve içyapı analizleri incelenmiştir.
Yöntem: Çalışmada ilk olarak polyester reçine ve takviye malzemesinin optimum karışım oranlarının belirlenmesi için farklı polyester matris oranlarında 21 grup kompozit üretilmiştir. Bu kompozitlerin fiziko-mekanik ve termal özellikleri incelenerek optimum karışım oranı belirlenmiştir. Ardından takviye malzemenin tane boyu etkisini belirlemek için farklı tane boyuna sahip 4 grup kenevir takviyeli alev geciktirici polyester (AGP) matrisli kompozitler üretilmiştir. Üretilen kompozitlerin tane boyu etkisini belirlemede fiziko-mekanik ve termal özellikler araştırılmıştır. Son olarak belirlenen optimum karışım oranı (hacimce %20 polyester, %80 takviye) ve takviye malzeme tane boyu dikkate alınarak AGP matrisli perlit, kenevir ve ketencik takviyeli 14 grup polimer kompozit üretilmiştir. Üretilen polimer kompozitlerin fiziko-mekanik, termal özellikleri, yangın direnci ve enstrümental analizleri yapılmıştır.
Bulgular: Polimer kompozitlerde ketencik miktarı arttıkça birim hacim ağırlık (BHA), su emme, basınç dayanımı, elastisite modülü ve ısıl iletkenlik değerleri azalırken eğilme dayanımı yükselmiştir. Kenevir miktarı arttıkça bu değerlerin  tam tersi sonuçlar elde edilmiştir. Perlit miktarındaki artışlarda ise su emme ve ısıl iletkenlik azalırken birim hacim ağırlık, basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve elastisite modülü artmıştır. Üretilen AGP kompozitlerin yangın direncinin ve limit oksijen indeksi değerlerinin olumlu olduğu görülmüştür. 
Sonuç: Üretilen polimer kompozitlerde en iyi ısıl iletkenlik değeri %60 ketencik ve %20 perlit içeren numunede elde edilirken en iyi basınç dayanımı %70 kenevir ve %10 perlit içeren numunede gözlenmiş ve eğilme dayanımının kenevir içermeyen numunelerde daha yüksek olduğu elde edilmiştir. Belirlenen karışım oranlarında üretilen AGP kompozitlerin ısı yalıtımında kullanılabilineceği belirlenmiştir.

Abstract:
Purpose: In this study, fire resistance, physico-mechanical, thermal properties and internal structure analyzes of polymer matrix hemp, camelina and perlite reinforced composites were examined.
Method: In the study, firstly, 21 groups of composites were produced in different polyester matrix ratios to determine the optimum mixture ratios of polyester resin and reinforcement material. The optimum mixing ratio was determined by examining the physico-mechanical and thermal properties of these composites. Then, to determine the grain size effect of the reinforcement material, 4 groups of hemp reinforced flame retardant polyester (FRHP) matrix composites with different grain sizes were produced. Physico-mechanical and thermal properties were investigated to determine the grain size effect of the produced composites. Finally, taking into account the determined optimum mixture ratio (20% polyester, 80% reinforcement by volume) and reinforcement grain size, 14 groups of polymer composites with FRHP matrix reinforced with perlite, hemp and camelina were produced. Physico-mechanical, thermal properties, fire resistance and instrumental analysis of the produced polymer composites were carried out.
Findings: As the amount of camelina increased in polymer composites, unit volume weight, water absorption, compressive strength, elasticity modulus and thermal conductivity values decreased, while the flexural strength increased. As the amount of hemp increased, the opposite results of these values were obtained. As the amount of perlite increases, water absorption and thermal conductivity decrease, while unit volume weight, compressive strength, flexural strength and elasticity modulus increased. It was observed that the fire resistance and limit oxygen index values of the produced FRHP composites were positively.
Results: The best thermal conductivity value in the produced polymer composites was achieved in the sample containing 60% camelina and 20% perlite, whereas the highest compressive strength was observed in the sample comprising 70% hemp and 10% perlite. Furthermore, it was determined that the bending strength was greater in samples without hemp.The produced FRHP composites at the specified mixing ratios have been determined to be suitable for use in thermal insulation.