Çeşitli sektörler uygulamaları için doğal kaynaklı malzemelerle ekonomik ve işlevsel kompozitlerin geliştirilmesi
Development of economical and functional composites with naturally sourced materials for various industry applications
Yazar: NİLDA ÖZSOY
Danışman: PROF. DR. ERHAN SANCAK
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Tekstil Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği = Textile and Textile Engineering

Özet:
Çeşitli Sektörler Uygulamaları İçin Doğal Kaynaklı Malzemelerle Ekonomik ve İşlevsel Kompozitlerin Geliştirilmesi
Sentetik malzemelerin hafif yapısal uygulamaları, çevresel ve ekonomik kaygılar nedeniyle dünya çapındaki otoriteler tarafından sınırlandırılmıştır. Lif  takviyeli kompozit malzemeler, tüm kompozit malzemeler (örneğin metaller veya saf plastik malzemeler) arasında ağırlık, mukavemet ve sertlik açısından önemli avantajlar sağlar. Ancak çok iyi mekanik özelliklere rağmen, bu malzemeler ham petrol bazlı malzemelerin fiyat dalgalanmaları ve karbon ve cam elyafın geri dönüşüm işlemlerinin yüksek maliyeti nedeniyle dezavantajlıdır. Bu tez çalışmasında biyokompozit yapıların üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda, kenevir ve keten liflerinin takviye malzemesi olarak kullanıldığı biyo kompozit yapıların, başta otomotiv sektörü olmak üzere diğer sektör uygulamaları kapsamında da, hafif parçaların ekonomik ve çevresel açıdan avantajları incelenmiştir. Takviye malzemesi olarak taraklama prosesi yan ürünü olan kenevir tow kısa elyafı düşük maliyeti ve yönlendirilmiş keten elyafı işlenebilme kolaylığı, sürdürülebilirlik ve yönlendirilmiş dayanım vb. avantajlarından dolayı tercih edilmiştir. Biyo kompozit yüzeylerin temel bileşenlerinden olan matris malzemesi olarak polilaktik asit (PLA) ve bicomponent polilaktik asit (bico PLA) lifleri kullanılmıştır. 
Bu tez çalışmasında, atık kenevir ve keten takviye lifleri termoplastik polilaktik asit (PLA) ve bikomponent polilaktik asit (bico PLA) matris lifleri ile karıştırılmış ve geleneksel tarak makinesinde tarak tülbenti üretilmiştir. Tülbent içerisindeki matris lifleri ısıl işlem maruz bırakılmış ve yüzeyler basınç altında şekillendirilmiştir. Termoplastik liflerin konsolidasyonu ile biyo kompozit yüzeyler elde edilmiştir. Bu çalışma ile üretilen yüzeylerin performans değerlerini ölçmek için mekanik testler uygulanmış ve analizler gerçekleştirilmiştir. Uygulanan mekanik testler arasında; çekme dayanımı, çekme uzaması ve elastikiyet modülü bulunmaktadır. Yüzeylerin kalınlık ölçümleri gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışma ile üretilen yüzeylerin performans değerlerini ölçmek için mekanik testler uygulanmış ve analizler gerçekleştirilmiştir. Kullanılan elyafın boylarının ve liflerin tek yönde yönlendirilmesinin etkileri incelenmiştir. Söz konusu inceleme ile elyaf boyunun ve tek yönde lif hizalanmasının kompozit yapıların çekme dayanımı, çekme uzaması ve elastikiyet modülü üzerinde meydana getirdiği etkiler tespit edilmiştir. Kompozit yapılara yapılan testler sonucunda elde edilen sonuçlar pazarda hali hazırda bulunan bazı ticari ürünlerle benzerdir. 
Tez çalışması kapsamında elde edilen verilere göre, bitkisel kaynaklı lif takviyeli kompozit yapıların otomotiv vb. alanlarda kullanımı ile daha ekonomik ve çevre ile uyumlu ürünlerin elde edilebileceği öngörülmüştür.

Abstract:
Development of Economical and Functional Composites with Naturally Sourced Materials for Various Industry Applications
Lightweight structural applications of synthetic materials have been restricted by authorities around the worldwide due to environmental and economic concerns. Fiber-reinforced composite materials offer significant advantages in weight, strength and stiffness among all composite materials (for example, metals or pure plastic materials). However, despite very good mechanical properties, these materials are disadvantaged by the price fluctuations of crude oil-based materials and the high cost of recycling carbon and glass fibers. In this thesis, it is aimed to produce biocomposite structures for load-bearing parts as an alternative solution and to examine their properties. In this context, the economic and environmental advantages of biocomposite structures, in which hemp and flax fibers are used as reinforcement materials, and lightweight parts in other sector applications, especially in the automotive sector, have been examined. Hemp tow short fiber, which is a by-product of the carding process as a reinforcement material, has low cost and oriented flax fibers, ease of processing, sustainability and oriented strength, etc. chosen because of its advantages. Polylactic acid (PLA) and bicomponent Polylactic acid (bico PLA) fibers were used as matrix material, which is one of the basic components of biocomposite surfaces. 
In this thesis study, waste hemp and flax reinforcement fibers were blended with thermoplastic polylactic acid (PLA) and two-component polylactic acid (bico PLA) matrix fibers to produce a card web on a conventional carding machine. The matrix fibers in the web were heat treated and the surfaces were formed under pressure. Biocomposite surfaces have been obtained by consolidating thermoplastic fibers. Mechanical tests were applied and analyzes were carried out to measure the performance values of the surfaces produced in this study. Among the mechanical tests applied; tensile strength, tensile elongation and modulus of elasticity. Thickness measurements of the surfaces were carried out.
Mechanical tests were applied and analyzes were carried out to measure the performance values of the surfaces produced in this study. The effects of the length of the fibers used and the orientation of the fibers in one direction were examined. In this research, the effects of fiber length and unidirectional fiber alignment on the tensile strength, tensile elongation and modulus of elasticity of composite structures were determined. The results obtained as a result of testing on composite structures are similar to some commercial products already available in the composite market.
According to the data obtained within the scope of the thesis study, plant-based fiber reinforced composite structures can be used in automotive etc. It is envisaged that more economical and environmentally compatible products can be obtained by using it in areas.