Güçlendirilmiş tabakalı ahşap kompozit panel optimum işlem parametrelerinin belirlenmesi ve üretimi
Production of reinforced laminated wood composite panel and determination of optimum process parameters
Yazar: SEYMEN ÇİFTÇİ
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HÜSEYİN CİRİTCİOĞLU
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Cam elyaf kompozitler = Glass fiber composites ; Cam elyafı = Fiberglass

Özet:
Gelişen teknolojiye bağlı olarak hızla değişen ihtiyaçlar nedeniyle malzemelerin mekanik etkilere karşı sınırlarını zorlayıcı koşullarda kullanılması gerekmekte ve bu nedenle yeni malzemelerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu amaçla yeni kompozit malzemelerin üretilmesi yanı sıra mevcut malzemelerin de ekstrem kullanım koşullarına (yük taşıma ve ani yük değişimleri) cevap verebilecek şekilde güçlendirilmesi son yılların güncel çalışma alanları arasında yer almaktadır. Bu çalışmada tabakalı ahşap esaslı kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi ve ekstrem kullanım koşullarına cevap verebilir olmasını sağlamak amacıyla cam veya karbon elyaf dokuma kumaşlar kullanılarak güçlendirilmesi ele alınmıştır. Çalışmanın temel amacı, yüksek katma değerli yeni bir ürün olarak Güçlendirilmiş Tabakalı Ahşap Kompozit Panel (GTAKP) üretimi yapmaktır. Bu üretim sürecinde, farklı yapısal özelliklere sahip ağaç malzeme ve güçlendirme için kullanılan polimer kompozitlerin bir araya getirilmesinde etkili olan koşulların belirlenmesi ve faktör parametrelerinin optimize edilmesi çalışmanın bir diğer amacıdır. Ayrıca yapılan üretimlerin seri üretim için kabul edilebilir üretim çevrim süresinde tamamlanmasını sağlamakta çalışmanın amaçları arasında yer almaktadır. Bu doğrultuda literatürdeki LVL (Tabakalı Kaplama Kereste-TKK) üretim koşulları incelenmiş ve üretim sürecinde etkili olan faktörler ve faktör seviyelerini belirlemek amacıyla ön deneme çalışmaları yapılmıştır. Yapılan ön çalışmalar sonucu GTAKP üretiminde etkili olan faktörler için kullanılabilecek olası faktör düzeyleri belirlenmiştir. Çalışma kapsamında, 2 farklı ağaç türü-AT (Kavak-Populus deltoides I-77/51 ve Kayın-Fagus orientalis L.), 2 farklı tutkal türü-TT (Epoksi ve Poliüretan), 3 farklı tutkal miktarı-TM (100 150, 200 g/m²), 3 farklı pres süresi-PS (15, 20, 25 dk.), 3 farklı pres sıcaklığı-PSC (100, 120, 140 °C) ve 2 farklı güçlendirme malzemesi-GM (200 g/m² cam veya karbon elyaf dokuma kumaş)  kullanılarak GTAKP üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen malzemelerin başarı kriteri olarak mekanik özellikleri (Eğilme Direnci-ED, Eğilmede Elastikiyet Modülü-EEM, Vida Çekme Direnci-VD, Dinamik Eğilme Direnci-DED ve Yapışma Direnci-YD) değerlendirilmiştir. Kullanılan kontrol faktörleri için optimum parametreler ve bu faktörlerin sonuç değerler (mekanik özellikler) üzerindeki katkı düzeylerinin belirlenmesi amacıyla Taguchi L36 (22 x 34) ortogonal deney tasarımı kullanılmıştır. Üretilen GTAKP'nin mekanik özelliklerindeki iyileşme oranları kontrol grubu örnekleri ile karşılaştırılarak belirlenmiştir. Bu karşılaştırma sonuçlarına göre CE veya KE ile güçlendirilmiş GTAKP malzemelerin ortalama değerleri eğilme direncinde %23,4; eğilmede elastikiyet modülünde %15,7; vida çekme direncinde %22; dinamik eğilme direncinde %32,2; yapışma direncinde ise %6,1 iyileşme sağlandığı görülmüştür. Çalışmada, kullanılan tutkal türlerinde pres sıcaklığı ve diğer üretim parametreleri etkisine bağlı olarak, GTAKP üretim çevrim sürecinde ise %24 - 96 arasında değişen oranlarda zaman tasarrufu (6-24 saatten 15-25 dakikaya düşürülmesi) sağlandığı belirlenmiştir. Ayrıca düşük dayanım özellikleri sebebiyle kısıtlı kullanım alanında tercih edilen Kavak ile GTAKP üretimi yapılarak, yüksek dayanım özelliklerine sahip ahşap esaslı güçlendirilmiş kompozit panel elde edilebileceği ve çoğu mekanik etkiye karşın yüksek dayanım sağlaması sebebiyle kullanılabilir olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
Due to rapidly changing needs due to developing technology, materials need to be used in conditions that challenge their limits against mechanical effects, and therefore there is a need to develop new materials. For this purpose, the production of new composite materials as well as the strengthening of existing materials to meet extreme usage conditions are among the current areas of work in recent years. In this study, the strengthening of layered wood-based composite materials using glass or carbon fiber woven fabrics is discussed in order to improve the mechanical properties and ensure that they can respond to extreme (load bearing and sudden load changes) usage conditions. The main purpose of the study is to produce Reinforced Layered Wood Composite Panel (GTAKP) as a new product with high added value. In this production process, another aim of the study is to determine the conditions that are effective in combining wood materials with different structural properties and polymer composites used for reinforcement and to optimize the factor parameters. In addition, one of the aims of the study is to ensure that the production is completed within a reasonable cycle time for mass production. In this regard, LVL (Laminated Veneer Lumber-TKK) production conditions in the literature were examined and preliminary trial studies were carried out to determine the factors and factor levels effective in the production process. As a result of the preliminary studies, possible factor levels that can be used for the factors effective in GTAKP production were determined. Within the scope of the study, 2 different tree species - AT (Populus-Populus deltoides I-77/51 and Beech-Fagus orientalis L.), 2 different glue types - TT (Epoxy and Polyurethane), 3 different glue amounts - TM (100 150, 200 g/m²), 3 different press times - PS (15, 20, 25 min.), 3 different press temperatures - PSC (100, 120, 140 °C) and 2 different reinforcement materials - GM (200 g/m² glass GTAKP production was carried out using (e.g. carbon fiber woven fabric). Mechanical properties of the produced materials (Bending Strength - ED, Elasticity of Modulus - EEM, Screw withdrawal Resistance - VD, İmpact Bending Resistance - DED and Adhesion Resistance -YD) were evaluated as success criteria. Taguchi L36 (22 x 34) orthogonal experimental design was used to determine the optimum parameters for the control factors used and the contribution levels of these factors on the outcome variables (mechanical properties). The improvement rates in the mechanical properties of the produced panels were determined by comparing them with the control group samples. As a result of this comparison, 23.4% in bending resistance; 15.7% in flexural modulus of elasticity; 22% in screw tensile strength; 33.1% in impact bending strength; It was observed that a 6.1% improvement was achieved in adhesion resistance. In the study, it was determined that depending on the effect of press temperature and other production parameters on the glue types used, time savings ranging from 24 to 96% (reducing from 6-24 hours to 15-25 minutes) were achieved in the GTAKP production cycle process. In addition, it is thought that by producing GTAKP with poplar, which is preferred in limited usage areas due to its low strength properties, wood-based reinforced composite panels with high strength properties can be obtained and can be used for due to its high resistance against most mechanical effects.