Modifiye edilmiş bitkisel yağlardan biyokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of biocomposite materials from modified vegetable oils
Yazar: ELİF SENA GÜL
Danışman: PROF. DR. HAMİT AKBULUT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Biyokompozit = Biocomposite ; Grafen = Graphene ; Kanola yağı = Canola oil ; Karbon nanotüp = Carbon nanotube ; Silisyum karbür = Silicon carbide

Özet:
Amaç: Çalışma kapsamında, modifiye edilmiş kanola yağı kullanarak üç farklı takviye malzemesiyle yüksek mukavemetli ve çevre ile uyumlu biyokompozit malzemelerin üretimi yapılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında; yapı sektöründe, otomotiv, tekstil, havacılık gibi birçok alanda kullanılabilecek çevre ile uyumlu biyokompozit malzemeler üretilmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Üretilen biyokompozitlerin, mekanik ve termal özellikleri belirlenmiştir. Piknometre cihazı kullanılarak, yoğunluk ölçümü yapılmıştır. Elde edilen kompozitin sertliği, Shore D cihazı yardımıyla belirlenmiştir. Isıl iletkenlik ölçüm cihazı ile ısıl iletkenlik katsayısının ölçümü yapılmıştır. Çekme cihazı ile çekme deneyi, biyokompozitler üzerinde gerçekleştirilerek elastisite modülü belirlenmiştir. Biyokompozitlerin, ölçülen yoğunlukları yardımıyla, gözeneklilik hesaplaması yapılmıştır. Ayrıca, kimyasal bağ yapısını belirlemek için Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), yüzey marfolojisi mikroskobik olarak incelemek için taramalı elektron mikroskopi (SEM) ve sıcaklıkla kütle değişimini incelemek için termogravimetrik analiz (TGA) cihazları kullanılmıştır.
Bulgular: SEM görüntülerinden, yüzey morfolojisi en iyi olan sonuç silisyum karbür (SiC) takviyeli biyokompozit ile elde edilmiştir. TGA yöntemi ile termal kararlılığı incelenen biyokompozitlerden sıcaklığa en dirençli malzemenin SiC takviyeli biyokompozit olduğu katkılı biyokompozitlerin Shore D sertlik değerleri incelendiğinde, en iyi sertlik değerinin  SiC katkılı biyokompozitte gerçekleştiği görülmüştür. Biyokompozitlerden en düşük yoğunluk değeri CNT katkılı malzeme ile sağlanmıştır. Benzer şekilde gözeneklilik testinin en iyi sonucu SiC takviyeli biyokompozitte gerçekleşmiştir. Isıl iletkenlik katsayısı en yüksek değer Grafen nanopartikül (GNP) katkılı biyokompozitte elde edilmiştir. Çekme testi sonucunda en iyi dayanım GNP katkılı biyokompozitte görülmüştür. Üç farklı biyokompozitin elastisite modülü değerleri incelendiğinde en iyi elastisite modülünün GNP katkılı biyokompozitte gerçekleştiği sonucuna varılmıştır.
Sonuç: Sonuçlardan üç farklı nanopartikül kullanılarak üretilen biyokompozit malzemelerden en kullanılabilir yapıda olanın SiC takviyeli biyokompozit olduğu anlaşılmaktadır. Düşük yoğunluklu kompozit malzeme üretiminde CNT ön plana çıkmaktadır. Mekanik özellikleri ön planda olan bir malzeme tercih edilecekse GNP takviyeli biyokompozit kullanılabilir.

Abstract:
Purpose: Within the parameters of the investigation, three distinct reinforcing elements were used to create high-strength and environmentally friendly biocomposite materials utilizing modified canola oil. The goal of this thesis is to create biocomposite materials that are environmentally friendly and may be used in a variety of industries, including construction, transportation, textiles, and aviation.
Method: The resulting biocomposites' mechanical and thermal characteristics were identified. A pycnometer tool was used to measure density. Using a Shore D instrument, the hardness of the resulting composite was assessed. A thermal conductivity measurement tool was used to determine the thermal conductivity coefficient. Biocomposites were subjected to a tensile test with a tensile device, and the modulus of elasticity was calculated. The observed densities of the biocomposites were used to calculate the porosity. Additionally, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and thermogravimetric analysis (TGA) tools were utilized to analyze mass change with temperature and the structure of chemical bonds, respectively.
Results: The silicon carbide (SiC) reinforced biocomposite produced the best surface morphology result from SEM pictures. When the thermal stability of the doped biocomposites—of which the SiC reinforced biocomposite is the most heat resistant material—was evaluated using the TGA method, it was discovered that the SiC doped biocomposite had the best hardness value. The biocomposites with the additional CNT material had the lowest density value. The SiC reinforced biocomposite also produced the best results in the porosity test. The biocomposite doped with graphene nanoparticles (GNP) has the highest coefficient of thermal conductivity. Tensile testing revealed that the biocomposite with GNP added had the highest strength. After comparing the modulus of elasticity values of three different biocomposites, it was discovered that the GNP doped biocomposite had the highest modulus of elasticity.
Conclusion: According to the findings, SiC reinforced biocomposite, which was made utilizing three distinct nanoparticles, is the most useful biocomposite material. In the creation of low-density composite materials, CNT stands out. GNP reinforced biocomposite can be employed if a material with excellent mechanical characteristics is desired.