Yüzey ve boya işlemi uygulanan doğal liflerle güçlendirilmiş epoksi esaslı kompozitler: Özelliklerinin belirlenmesi ve endüstri ürünleri tasarımında uygulanması
Epoxy based composites reinforced natural fibres with surface and paint treatment: Characterisation and application in industrial products design
Yazar: MUSTAFA KADİR YALMAN
Danışman: PROF. DR. FATİH MENGELOĞLU
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Epoksi kompozitleri: sentetik veya doğal liflerle güçlendirilmiş malzemelerdir. Bu kompozitlerde matris olarak termoset bir polimer türü olan epoksi kullanılır. Epoksi; boyut stabilitesi, nem direnci, kimyasal direnç, korozyon direnci, uzun raf ömrü ve yüksek mekanik özellikleri gibi sebeplerle diğer termoplastik veya termoset malzemelere göre avantaj sağlar. Epoksi kompozitleri; havacılık, uzay, medikal ve otomotiv sanayinde kullanılmaktadır. Cam elyafı, bazalt ve karbonfiber gibi sentetik lifler epoksi kompozitlerinde yaygın olarak kullanılan güçlendirici malzemelerdir. Doğal lifler; tarım atıkları ve orman endüstri atıkları gibi biyokütlelerden elde edilebilir olup sentetik liflere göre daha ekonomik ve yenilenebilir kaynaklardır. Yapılan çalışmalarda, üretilen doğal lif kompozitlerin mekanik ve fiziksel özelliklerinin sentetik lif kompozitlerine yakın olduğu görülmüş, bu özellikleri ile birlikte sentetik lif kompozitlerine alternatif olarak görülmektedir.   
Bu çalışmada; doğal lif – epoksi kompozitleri üretilmiştir. Dolgu malzemesi olarak jüt ve kenevir lifleri; dokunmuş (woven/kumaş) ve dokunmamış (non-woven/keçe) yüzeyler formunda kullanılmıştır. Dokuma kumaşlar piyasadan elde edilip, keçe formundaki kumaşlar laboratuvarda üretilmiştir. Kullanılan dolgu malzemesinin dokunmuş ve dokunmamış kumaş olması dolgu malzemesinin yapısını belirler. Kompozit üretiminde vakum infüzyon ve hafif reçine transfer kalıplama (L-RTM) metodu kullanılmıştır. Lifler kompozit haline getirilmeden önce alkali ve boya işlemleri uygulanmıştır. Boya çeşidi, lif cinsi, ön işlemler ve dolgu malzemesinin yapısı kompozit üretimdeki değişkenleri oluşturmaktadır.  
Çalışmanın ilk bölümünde en uygun dolgu malzemesi yapısını belirlemek üzere üretimler yapılmıştır. Kompozit üretiminde; matris olarak epoksi reçine, lif türü olarak kenevir ve jüt lifleri kullanılmıştır. Güçlendirici malzemeler örülmüş ve örülmemiş yüzeyler formunda kullanılmıştır. Yüzeyler, alkali işlemi uygulanmış ve uygulanmamış liflerden elde edilmiştir. Çalışmada 8 farklı üretim yapılmıştır. 
Çalışmanın ikinci bölümünde matris olarak epoksi reçine, iki faklı güçlendirici, iki farklı lif türü, iki farklı yüzey işlemi ve iki farklı üretim yöntemi olmak üzere toplam 16 farklı üretim yapılmıştır. Lif türü olarak kenevir ve jüt lifleri kullanılmıştır. Güçlendirici türü olarak keçe ve kumaş kullanılmıştır. Liflere alkali ve boya işlemleri uygulanmış ve yüzey işlemi uygulanmayan liflerle karşılaştırılmıştır. Boyama işleminde siyah renkte reaktif boya kullanılmıştır. Örnekler, L-RTM ve Vakum infüzyon yöntemleri ile üretilmiştir.
Çalışmanın üçüncü bölümünde belirlenen ürün tasarlanmıştır. Ürün, Rhinoceros yazılımı ile 3 boyutlu olarak modellenmiş ve keyshot yazılımı ile görselleştirilmiştir. Tasarım sürecinde kullanılan malzemeler önceki bölümlerde üretilen malzemelerden seçilmiştir. Görsel ve mekanik özellikler göz önüne alınarak seçilen malzemeler ürün üzerinde uygulanmıştır. İki değişik formda aydınlatma elemanı tasarlanmıştır. Tasarlanan ürün alt ve üst olmak üzere iki parçadan oluşmaktadır. Parçalar farklı malzemelerden üretilerek görsel olarak zenginleştirilmiştir. Farklı malzeme kombinasyonları ile birlikte üç farklı görünüm elde edilmiştir. Gereken kalıplar yapıldıktan sonra, tasarlanan ürünün prototipleri vakum infüzyon yöntemi ile üretilmiştir.
Malzemenin özelliklerinin geliştirilmesi ve görsel farklılık katılması ile hem Orman Endüstri Mühendisliği hem de Endüstri Ürünleri Tasarımına yönelik çok disiplinli bir çalışma yapılması amaçlanmıştır. Bu projede yenilenebilir kaynaklardan elde edilen lignoselülozik liflerin değerlendirilerek katma değeri yüksek ürünler elde edilmesi ve bu ürünlerin tanıtılıp kullanım alanlarının arttırılması hedeflenmiştir.

Abstract:
Epoxy composites are materials reinforced with synthetic or natural fibres. Epoxy is used as the matrix in these composites, which is a thermoset polymer type. Epoxy provides advantages over other thermoplastic or thermoset materials due to its dimensional stability, moisture resistance, chemical resistance, corrosion resistance, long storage life and high mechanical properties. Epoxy composites are used in aviation, aerospace, medical and automotive industries. Synthetic fibres such as glass fibre, basalt and carbon fibre are commonly used reinforcing materials in epoxy composites. Natural fibres can be obtained from biomasses such as agricultural wastes and forest industry wastes and are more economical and renewable resources than synthetic fibres. In the related studies, it has been observed that the mechanical and physical properties of natural fibre composites are close to synthetic fibre composites, and with these properties, they are seen as an alternative to synthetic fibre composites.   
In the first chapter of the study, fabrication was performed to determine the most suitable reinforcement structure. In composite production; epoxy resin was used as matrix, hemp and jute fibres were used as fibre type. Reinforcing materials were used in the form of woven and non-woven surfaces. Surfaces were obtained from fibres with and without alkali treatment. In the study, 8 different productions were made. 
In the second part of the study, a total of 16 different productions were made with epoxy resin as matrix, two different reinforcements, two different fibre types, two different surface treatments and two different production methods. Hemp and jute fibres were used as fibre types. Mat and fabric were used as reinforcements. Alkali and dyeing processes were performed on the fibres and compared with those without surface treatment. Black reactive dye was used in the dyeing process. The samples were produced by L-RTM and vacuum infusion methods.
In the third chapter of the study, a product was designed. It was modelled using Rhinoceros software in 3D and visualised using Keyshot software. The materials used in the design process were selected from the materials developed in the previous sections. The materials selected by the consideration of visual and mechanical properties were applied on the product. Two different forms of lamps were designed. The designed product consists of two parts, top and bottom. The parts are produced from different materials and visually enriched. Three different looks were obtained with different material combinations. After the necessary moulds were made, the prototypes of the designed product were fabricated with vacuum infusion method.
By improving the properties of the material and adding visual diversity, it is aimed to carry out a multidisciplinary study for both Forest Industrial Engineering and Industrial Design. In this project, it is aimed to obtain value-added products by evaluating lignocellulosic fibres obtained from renewable resources and to promote these products and expand their application areas.