Cam elyaf takviyeli polyester (CTP) atıklarının geri kazanımı ve yeni hazırlanan kompozitlerde değerlendirilmesi
Recycling and reusing glass fiber reinforced polyester (GFRP) wastes in its own composites
Yazar: SİBEL YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
CTP esaslı malzeme üretimi sırasında, kenar kesimi ve şekillendirme gibi aşamalarda önemli miktarda atık ortaya çıkmaktadır. Günümüzde kompozit pazarının büyümesi, yakılmayı veya değerlendirilmeyi bekleyen ömrünü tamamlamış kompozit miktarını da giderek arttırmaktadır. Literatürde atık CTP'nin yeniden kullanımına yönelik çalışmalar, elyafın geri kazanılması ve atığın öğütülerek başka kompozit matrislerde doğrudan kullanılması üzerine yoğunlaşmaktadır; CTP atıklarının aynı yapıda kompozitlerde kullanımına yönelik çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu çalışmada, atık CTP'nin yeni üretilen CTP esaslı ürün içinde, uygun tane büyüklüğü ve atık oranı seçilerek ve silan varlığında uyumluluğunun geliştirilmesi sonrasında kullanılarak katma değerin arttırılması amaçlanmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde el yatırması ile üretilen kompozitlerde, 3 farklı atık tane boyutu, 4 farklı atık oranı (%5, %10, %15 ve %20) ve 4 farklı elyaf katman sayısı (5, 6, 7, 8) değerlendirilmiştir. İkinci bölümde ise, matris-atık ve matris-elyaf arayüzey etkileşimini iyileştirmek için kullanılan silan tipinin ve oranının etkileri araştırılmıştır. Üretilen kompozitlerin fiziksel, mekanik, ısıl, dinamik-mekanik, sürünme, yapısal ve morfolojik özellikleri incelenerek, atığın her iki durumda da yeni kompozit üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Atık içeren reçinenin kür profili, eşdeğer başlatıcı konsantrasyonu için sek reçineye benzerdir; atık ilavesinin reçinenin tiksotropisini arttırması ve lineer büzülmeyi azaltması ise atık ilavesinin katkıları arasındadır. Atık oranı ve tane büyüklüğünün artışı ile mekanik özelliklerde kayıp meydana gelirken, elyaf miktarına göre normalizasyon sonrası özellikle büyük atık tane boyutu durumunda, atık içermeyen kompozitlere yakın mekanik özellikler elde edilmiştir. Tg değerlerindeki artış, atık kullanımı ile kompozitteki zincir hareketliliğinin kısıtlandığını ve servis sıcaklıklarının arttığını göstermektedir. Silan bağlayıcı varlığında, hem mekanik hem de ısıl özelliklerde iyileşme gözlenmiş, bulgular yapısal ve morfolojik analizlerle desteklenmiştir.

Abstract:
By the production process of glass fiber reinforced polymers (GFRP), final product waste arises at different stages such as edge trimming and shaping. Besides, growth of the composite market induces an increase in the amount of end-of-life composite wastes to be incinerated or recycled. In literature, although there are many studies where only the fiber is recycled or the waste is grinded and used directly in similar composite matrices, only limited number of studies met where GFRP wastes are used in its own production steps. In this study, it was aimed to increase the added value of the waste GFRP by using in new GFRP based products after selecting the appropriate grain size and waste ratio and/or using it after enhanced the matrix-waste interaction. In the first stage of the study, 3 different waste particle sizes, 4 different waste rates (5%, 10%, 15% and 20%) and 4 different fiber layers (5, 6, 7, 8) were evaluated in composite samples produced by hand lay-up technique. In the second stage, effects of silane type and ratio were investigated for the best matrix-waste interface. Physical, mechanical, thermal, dynamic-mechanical, creep, structural and morphological properties of the composites were tested to clarify the effects of waste in new composites in the absence and presence of silane coupling agent. Rheological behavior of waste containing resin can be maintained almost as the same as fresh resin for equivalent initiator concentration. Besides, increase in thixotropy and significant decrease in linear shrinkage were considered as benefits of the waste in new composite samples. While the loss of mechanical properties occured with the increase in waste ratio and grain size, similar results have been obtained by calculating the retention after normalization to constant fiber amount. Increase in glass transition temperature indicated that the chain mobility in the composite was restricted and service temperature of the composites increased with the use of waste. Both mechanical and thermal properties improved with silane incorporation coinciding with structural and morphological properties.