Muz lifi takviyeli kompozit malzemenin üretimi ve termal analizi
Production and thermal analysis of banana fiber reinforced composite
Yazar: NEVZAT ŞİFA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada; doğal malzeme kullanımının öneminin çok daha iyi anlaşıldığı ülkemizde
ve dünyada tarım yoluyla en fazla üretilen ürünlerden mısır nişastası matrisli ve muz lifi
takviyeli bir kompozitin üretimi ele alınmaktadır. Üretilen bu kompozitin mekanik,
termal ve akustik özellikleri belirlenmiştir. Mısır nişastasından elde edilen termoplastik
nişasta düşük mekanik özellikler gösterirken; muz lifi takviyesi sayesinde daha iyi
mekanik özellikler gösteren bir kompozitin üretimi sağlanmıştır. %50 takviye
oranındaki kompozitle, çekme mukavemeti değeri 3.7 MPa'dan 15.98 MPa'a yükseltilmiş
ve bu durum %430'luk bir mukavemet artışı sağlamıştır. Termoplastik nişasta %30
gliserin ve %20 su muhtevası ile üretildiğinde ısı iletim katsayısı ölçümleri sonucu 0,72
W/m.K'lık bir değer elde etmiştir. %30 takviye oranında ısı iletim katsayısı 0,531
W/m.K iken oran %80'e çıkarıldığında değer 0,188 W/m.K'a gerilemektedir. %80
takviye oranlı kompozitin ısı iletim katsayısı, saf termoplastik nişastanın ısı iletim
katsayısının %26.1'i mertebesine düşmektedir. Deneysel ölçüm metodunun yanında
nümerik ve analitik metotlar ile de ısı iletim katsayısı ölçülüp karşılaştırma yapılmıştır.
Karşılaştırma sonuçlarına göre deneysel ölçüme en yakın değerlerin sırasıyla; Paralel
model, Ansys APDL, Geometrik model, Maxwell modeli ve Seri model olduğu
gösterilmiştir. Üretilen kompozitlerin ses yutum performans kriteri NRC değerine göre en yüksek değer %80 takviye oranındaki kompozitte görülmüş ve değer %10.5 olarak ölçülmüştür. Doğada çözünme testi sonuçlarına göre ise TPS dört hafta gibi bir sürede tamamen çözünürken muz lifi içeren kompozitler dört haftada %30 mertebesinde çözünmektedir. Bu kompozit gerek ısı iletimi değeri gerekse mikroorganizmalara duyarlılığından ötürü izolasyon malzemesi kriterlerini sağlayamazken sadece hava almayacak ortamlarda kullanılarak ısı ve ses yalıtımına katkı sağlayabilme potansiyeline sahiptir.

Abstract:
In this study, the importance of the use of natural materials is emphasized. Therefore a composite material containing corn starch and banana fiber which are the most produced agricultural products all around the world is analyzed. The mechanical, thermal and acoustic properties of this composite are determined. While the thermoplastic starch shows low mechanical properties through banana fiber reinforcement, it is possible to produce composite with better mechanical properties. A composite with 50% reinforcement increases the tensile strength value from 3.7 MPa to 15.98 MPa, resulting in an increase of 430%. When thermoplastic starch is produced with 30% glycerin and 20% water content, it obtains 0.72 W/m.K as a result of heat conduction coefficient measurements. While the thermal conductivity coefficient is 0.531 W/m.K at 30% reinforcement ratio, it decreases to 0.188 W/m.K value when the ratio is increased to 80%. The thermal conductivity coefficient of the composite with 80% reinforcement ratio decreases to 26.1% of the thermal conductivity coefficient of pure thermoplastic starch. In addition to experimental measurement method, thermal conductivity coefficient is measured and compared with numerical and analytical
methods. According to the results of the comparison, the values closest to the experimental measurement are as follows; Parallel model, Ansys APDL, Geometric model, Maxwell model and Serial model. In regard to the sound absorption performance criterion NRC value of the composites, the highest value is 10.5% in the composite with 80% reinforcement ratio. According to the results of the degradation rate test, TPS is completely dissolved in a period of 4 weeks, while 30% of the composites containing banana fiber dissolve in 4 weeks. This composite has the potential to contribute to heat and sound insulation by being used only in air-tight environments, while it cannot meet the insulation material criteria due to its thermal conductivity coefficient value and sensitivity to microorganisms.