Doğal fiber takviyeli kompozitlerin üretimi, mekanik ve termal özelliklerinin tespiti
Manufacturing and determination of the mechanical and thermal properties of composites with natural fiber
Yazar: UĞUR ÖZMEN
Danışman: DOÇ. DR. BUKET OKUTAN BABA
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Hayvansal atıklar = Animal wastes

Özet:
Yeşil kompozitler, doğal fiberlerin takviye elemanı ve biolojik bazlı polimerlerin matris olarak kullanıldığı bio-kompozitlerin özel bir türüdür. Biyo-bazlı polimer matrisler arasında yer alan PLA ya olan ilgi, bunların biyolojik uyumluluğu, biyo-çözünürlüğü ve hafifliği nedeniyle son yıllarda gittikçe artmıştır. Kompozit bünyesinde PLA nın matris olarak yer alabilmesi için uygun fiber seçiminin yapılması gerekir. Kullanılan fiber tipi, fiber/matris yapışmasında önemli bir rol oynadığı için biokompozitin mekanik performansını etkiler. Doğal fiberler, iyi mukavemet özellikleri, düşük yoğunluk, düşük fiyat, iyi termal özellikler, biyolojik olarak indirgenebilirlik ve doğada hazır bulunmaları gibi pek çok avantajlar sunmaktadır. Doğal fiber seçimindeki yeni eğilim, bunların değerli ürünlerden değil, atıklardan seçilmesi yönündedir. Biyolojik olarak parçalanabilen polimerlerin yer aldığı doğal liflerin bu sınıfının kullanımı, hem çevre hem de ekonomik açıdan pozitif bir etki yaratır. Bu projenin amacı, doğal fiber takviyeli PLA bazlı yeşil kompozitlerin mekanik ve termal özelliklerini belirlemektir. Deneysel çalışmalar, PLA matris içindeki doğal elyafın boyu ve elyaf kütle oranlarının etkilerini değerlendirmek için yapılmıştır. Enjeksiyon kalıplama yöntemi kullanılarak üretilen kompozitlerin çekme, basma, eğme, darbe dayanımı, çekme modülü, kopma uzaması gibi temel mekanik özellikleri ve termal kararlılıkları tespit edilmiştir. Sonuç olarak önerilen çalışma, tavuk tüyü ile PLA esaslı polimerin kullanıldığı kompozitlerin uygulanabilirliğini ortaya koymakta ve doğal liflerin kütle ve çap/boy oranlarının yeşil kompozitlerin mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini tayin etme imkanı vermektedir. Bu da en uygun kullanım alanların bulunması, işlem tekniklerinin iyileştirilmesi ve geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.

Abstract:
Green composites are specific class of biocomposites, where a bio-based polymer matrix
is reinforced by natural fibers. Among bio-based polymer matrices, a growing interest has been devoted in last years on PLA due to its biocompatibility and biodegradability and light weight. The development of PLA as matrices in composites requires finding proper fibers. The type of fiber used plays an important role in fiber/matrix adhesion and thereby affects the mechanical performance of the biocomposites. Natural fibers offer many advantages as good strength properties, low density, low cost, good thermal properties, biodegradability and availability. New trends in selection of natural fibers, that is, from waste rather than from valuable materials are described. The use of this class of natural fibers with biodegradable polymers can produce a positive effect both environmentally and economically. The objective of this project is to determine the mechanical and thermal properties of PLA based green composites with natural fibers. Experimental studies were performed to evaluate the effect of natural fiber types and fiber mass percentages into the PLA matrix. Experimental samples were prepared by the addition of different mass percentages of waste natural fibers (such as chicken feather) into the PLA matrix. The main mechanical (tensile, compressive and impact strength, tensile modulus, elongation at break) and thermal stability for two different types of green composites manufactured by enjection moulding were presented. In conclusion, the proposed studies will make it possible to determine the feasibility of using PLA based composites with chicken feather fibers, and to assess the effect of volume fraction, aspect ratio of natural fibers on the mechanical properties of green composites. Based on this premise, the proposed project will help us to promoting this development and improvement of processing techniques.