Düşük ekonomik değere sahip kaplamalar kullanılarak doğal ve sentetik lif takviyeli lvl üretilmesi ve mobilya sektöründe kullanım olanaklarının araştırılması
Producing natural and synthetic fiber reinforced lvl using low economic value coatings and investigation of usage opportunities in furniture
Yazar: İLKAY ATAR
Danışman: PROF. DR. FATİH MENGELOĞLU
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products

Özet:
Tabakalı kaplama kereste (LVL), kaplama esaslı mühendislik ürünü ağaç malzemelerden biridir. LVL Amerika, Kanada ve bazı Avrupa ülkelerinde inşaat sektöründe yapı malzemesi olarak kerestenin yerine kullanılmaktadır. Dünyada, LVL üretimi genellikle ekonomik değeri ve yoğunluğu düşük olan göknar, çam, ladin ve kavak gibi ağaç türlerinden yapılmaktadır. Yapı malzemesi olarak kullanılacak LVL'lerin yüksek mekanik özelliklere sahip olması gerekir. Fakat üretimde kullanılması durumunda yoğunluğu düşük ağaç türlerinin mekanik özelliklerinin de düşük olması ve masif ağaç malzemede kusurların (çatlak, budak vb.) bulunması problem oluşturabilmektedir. Bu çalışmada, ekonomik değeri düşük iki farklı ağaç türü, dört faklı tutkal türü ve dört faklı güçlendirici türü kullanılarak LVL üretimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sandalye ayak-kolçak şeklinde bükme LVL üretimleri yapılmış ve ANSYS programından elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır.
Çalışmanın ilk bölümünde en uygun ağaç türü kombinasyonunu belirlemek amacı ile üretimler yapılmıştır. Çalışmada tutkal olarak üre formaldehit ağaç türü olarak kavak ve kızılağaç kaplamaları kullanılarak 10 farklı üretim yapılmıştır. LVL kombinasyondaki kızılağaç oranının artmasıyla ve dış tabakalarda kızılağaç kullanımı ile mekanik değerlerin arttığı görülmüştür. Su alma ve kalınlığına şişme miktarı kavak kaplama kullanımının artmasıyla artış göstermiştir. Çalışma kapsamında hem ekonomiklik hem de direnç değerlerinin yüksekliği dikkate alınarak LVL üretimi hedeflenmiş olması dolayısıyla sonraki üretimlerde ağaç türü kombinasyonu olarak sadece yüzey tabakası kızılağaç orta tabakası kavak olan grup (1A)  tercih edilmiştir. 
Çalışmanın ikinci bölümünde dört farklı tutkal türü, dört faklı güçlendirici türü ve üç farklı güçlendirici kullanım yeri olmak üzere toplam 40 farklı üretim yapılmıştır. Tutkal olarak üre formaldehit (ÜF), fenol formaldehit (FF), epoksi (E) ve poliüretan (P) kullanılmıştır. Güçlendirici olarak cam elyafı, bazalt, pamuk ve jüt kullanılmıştır. Güçlendirici malzemeler LVL'nin sadece alt yüzeyinde (1. Grup), sadece alttan birinci tutkal hattında (2. Grup) ve hem alt yüzey hem de alttan birinci tutkal hattı (3. Grup) olmak üzere 3 farklı kombinasyonda kullanılmıştır. Su alma ve kalınlığına şişme değerlerine bakıldığın da epoksi tutkalı ile üretilen örnekler daha iyi sonuç vermiştir. FF tutkalı kullanımı ile en yüksek eğilme direnci, eğilmede elastikiyet modülü ve liflere paralel basınç direnci değerleri elde edilmiştir. Çekme-makaslama direnci değeri epoksi ve poliüretan tutkalı ile üretilen örneklerde daha yüksek çıkmıştır. Güçlendirici malzeme kullanımı ile LVL'nin mekanik özelliklerinde artış tespit edilmiştir. En yüksek mekanik değerler cam elyafı kullanılan örneklerde bulunmuştur. Güçlendirici kullanımı ile LVL'nin tam kuru yoğunluk değeri ve kalınlığına şişme miktarında artış görülmüştür. Su alma miktarı güçlendirici kullanımı ile azalmıştır. LVL'nin alt dış tabakasının güçlendirilmesi ile en yüksek eğilme direnci değeri elde edilmiştir. En yüksek liflere paralel basınç direnci değeri 3. grup örneklerde bulunmuştur.
Çalışmanın üçüncü bölümünde sandalye ayak-kolçak şeklinde bükme LVL üretimi yapılmıştır. Üretimde tutkal olarak ÜF, FF ve E, güçlendirici olarak cam elyafı ve bazalt, kaplama kombinasyonu olarak 1A grubu kullanılmıştır. Kaplamaların ve güçlendiricilerin farklı tutkalla yapıştırılması ile hibrit LVL üretimi yapılmıştır. Hibrit LVL'lerin üretiminde güçlendirici malzemeler FF ve E tutkalı ile kaplamalar ise ÜF tutkalı ile yapıştırılmıştır. Toplam 7 farklı üretim yapılmıştır. Güçlendirme yapılmamış örneklere bakıldığında en düşük eğilmede deformasyon miktarı FF kullanılan örneklerde tespit edilmiştir. Güçlendirme ile örneklerin deformasyon miktarında azalma görülmüştür. En düşük deformasyon değeri yapıştırıcı olarak epoksi ve güçlendirici olarak cam elyafı kullanılan HEC grubunda elde edilmiştir. ANSYS analizi uygulanan değerler ile gerçek test sonuçları arasında uyum olduğu görülmüştür.

Abstract:
Laminated veneer lumber (LVL) is one of the veneer-based engineered wood products. LVL is used as a building material instead of timber in the construction industry in America, Canada and some European countries. In the world, tree species such as fir, pine, spruce and poplar with low economic value and density were used in LVL manufacturing. LVLs used as building materials must have high mechanical properties. However, utilization of wood species with low densities providing lower mechanical properties and the presence of defects (cracks, knots, etc.) in solid wood may cause some problems. In this study, LVL was produced by using two different tree species with low economic value, four different adhesive types and four different reinforcement types. In addition, curved LVL in the form of chair leg-armrest were produced and compared with the results obtained from the ANSYS program. 
In the first part of the study, the most suitable combinations of tree species were determined. For this part, 10 different groups were produced with urea formaldehyde adhesive and veneers from poplar and alder tree species. It was observed that the mechanical properties were improved with the increase of alder ratio in the LVL combination and the use of alder in the outer layers. The amount of water absorption and thickness swelling increased with the increase of poplar veneer use. Within the scope of the study, LVL production was aimed considering both the economy and the height of the strength values. For this reason, 1A group whose only surface layer is alder and middle layer is poplar was preferred as combinations of tree species in next productions.
In the second part of the study, a total of 40 different manufacturing were accomplished using four different adhesive types, four different reinforcement types, and three different reinforcement places. Urea formaldehyde (ÜF), phenol formaldehyde (FF), epoxy (E) and polyurethane (P) were used as adhesives. Glass fiber, basalt, cotton and jute were used as reinforcements. The reinforcement materials were used in 3 different combinations: only at the lower surface of the LVL (1. Group), only at the first glue line from the bottom (2. Group) and both at the lower surface of the LVL and the first glue line from the bottom (3.Group).The better water absorption and thickness swelling values were obtained in the samples produced with epoxy adhesive. With the use of FF adhesive, the highest modulus of rupture, modulus of elasticity and compression strength parallel to grain values were determined. The tensile-shear strength value was higher in samples produced with epoxy and polyurethane adhesive. An increase in the mechanical properties of LVL with the use of reinforcement materials has been determined. Samples reinforced with glass fibers provided the highest mechanical properties. With the use of reinforcement, an increase in the oven-dry specific gravity value and the amount of thickness swelling of LVL was observed. The amount of water absorption was decreased with the use of reinforcement. The highest modulus of rupture value was obtained when reinforcement was applied to the lower surface of LVL. The highest compression strength values parallel to grain was determined in the 3rd group samples.
In the third part of the study, curved LVL in the form of chair leg-armrest was produced. In LVL manufacturing, UF, FF and E as adhesives, glass fiber and basalt as reinforcements, and 1A group as veneer combination were used. Hybrid LVL was produced by bonding veneers and reinforcements with different adhesive. In hybrid LVL production, the reinforcement materials are bonded with FF and E adhesives while veneers are bonded with ÜF adhesive. 7 different groups were produced. Among the unreinforced groups (control groups), the smallest deformation during bending test was determined for samples produced FF adhesive. A decrease in the amount of deformation was observed with reinforcement. The lowest deformation value was obtained in the HEC group which was used epoxy as adhesive and glass fiber as reinforcement.  Results produced with the ANSYS program were in a good agreement with the actual test results.