Geri dönüşmüş termoplastik matrisli kompozitlerin otomotiv endüstrisinde uygulaması
Determination of the effects of recycling on thermoset matrix composites in automotive applications
Yazar: ALİ RIFAT ÜNAL
Danışman: PROF. DR. AHMET ÜNAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Termoplastik matrisli kompozitler yeni nesil plastik malzemeler olup, son on yılda yaygın kullanım alanı bulmuştur. Kullanım alanları enerji, otomotiv ve havacılık uygulamalarıdır. Önceleri plastik matrisli kompozitler tanımından termoset matrisli kompozitler anlaşılmasından dolayı tanımlarda özellikle termoplastik matris kavramı vurgulanmıştır. Termoplastik matrisli kompozitlerin tercih edilmelerinin en büyük nedeni doğayı kirletmeyen, çevre dostu malzemeler olmasının yanında; enerji, otomotiv ve havacılık uygulamalarında, özgül dayanç ve özgül modülünün yüksek olması verilebilir. Kompozitlerin sadece türü ve üretim yöntemleri değil, ayrıca kullanım sonrası çevreyi doğrudan kirletmesi de önemli bir gerçektir. Böylece orijinal termoplastik matrisli kompozitlerin kullanımının yanında geri dönüşmüş termoplastiklerin kullanımı da önem kazanmıştır. Bu durumda termoplastik matrisli kompozitler; orijinal malzemelerin kullanımı ve geri dönüşmüş malzemelerin kullanımı olarak iki bölümde incelenir. 
Bu çalışma sekiz bölümden oluşmuştur. Girişten sonraki birinci bölümde tezin amacı, hipotezi ve literatür özeti verilmiştir. Kompozit malzemelerin teorisi olan mikromekanik modeli matematik eşitlikler yardımıyla ikinci bölümde ele alınmıştır. Üçüncü bölümde ise polimer matrisler ve fiber malzemeleri; deneylerde kullanılan HDPE matris ve süreksiz E-Camı fiberler detayları verilerek incelenmiştir. 
Dördüncü bölümde geri dönüşüm yöntemleri tüm detayları ele alınarak verilmiştir. Burada, AB ve dünyada kullanılan geri dönüşüm yöntemleri istatistik verilere dayandırılarak, avantaj ve dezavantajlarıyla birlikte incelenmiştir. Bu bölümde ayrıca yaygın olarak kullanılan mekanik geri dönüşüm yöntemi uygulamalar için gerekli altyapı ve donanımlarıyla birlikte ele alınmıştır. Beşinci bölüm tezin otomotiv uygulamalarını içermektedir. İlk olarak döküm yöntemi ile üretilen metalik otomotiv parçalarının yerine ekstrüzyonla imal edilmiş orijinal kompozit malzemelerin kullanımı ele alınmıştır. İlk aşamada; hedeflenmiş uygulama alanları yağ karterleri, üst ve alt motor bloklarıdır. İkinci aşamada, geri dönüştürülmüş kompozitlerin başlıca kullanım alanı olan darbe emici tamponlar, araç içi bölmeler ve bazı toplu taşıma araçlarındaki kaporta kullanım koşulları ve spesifikasyonları ele alınmıştır. Bu çalışmanın temel amacı olan darbe emici tamponlar ve uygulamaları burada detaylı incelenmiştir.
Altıncı bölüm deneysel çalışmaların yapıldığı bölüm olup, ilk aşamada geri dönüşüm prosesi detaylı olarak incelenmiştir. İkinci aşamada numunelerin üretimi yapılmış; mekanik, fiziksel ve teknolojik deneylerle numune karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Buradaki çalışmaların tümünde ISO EN standartları kullanılmıştır. Yedinci bölüm, altıncı bölümün değerlendirilmesi şeklindedir. Burada, elde edilmiş bulgular çizelge ve analitik sonuçlarla verilmiş, geri dönüşüm ile malzeme davranış ve özelliklerinin matematik değişimi ifade edilmiştir. Bu bölümde ayrıca ışık ve taramalı elektron mikroskobu resimleri detaylı olarak verilmiş ve yorumları yapılmıştır. Son olarak darbe emici tamponlar gibi dış kaporta uygulamalarında özelliklerin değişimi yine bu bölümde verilmiştir. 
Son bölüm olan sekizinci bölümde sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu bölümde özellik değişimlerinin yanında daha sonraki çalışmalar için temel oluşturacak önemli bulgular da yorumlanmıştır. Tezin tamamı deneysel esaslarla elde edilmiş verilerin uygulamaya yönelik değerleri olduğundan; daha sonra yapılacak çalışmalar için de veri tabanı oluşturma özelliği de vardır.

Abstract:
Thermoplastic matrix composites are new generation of plastic matrix composites, which are widely used in practice in the last decade. Particularly in the energy, automotive and aerospace applications come into prominence. Previously, thermoset matrix composites were understood in the words of plastic matrix composites. Because of this reason, thermoplastic matrix is especially emphasized. Non-polluting, eco-friendly sources of energy applications in aerospace and automotive applications required specific strength and low weight are particularly preferred. Not only the production of the products in question, but also the direct pollution of the environment after use, is the inevitable reality. Therefore, prior to the use of thermoplastics original, then the re-use of recycled thermoplastics were studied in two stages. 
This study consists of a total of eight sections. In the first section, under the heading of Introduction, was given aim of the thesis, hypothesis and the summary of the literature. Composite materials were introduced in the second section and with the help of micromechanic models, the mathematics of the subject was studied. Polymer matrix and fiber materials were dealt in the third section with the subject more on the HDPE matrix and discontinuous E-glass fibers, which were used in the experiments are given in detail. 
The fourth section is the section of recycling methods are discussed in detail. Here, recycling methods used in the EU countries and in the world, along with advantages and disadvantages, are examined alos with the given the statistical results. Commonly used mechanical recycling method by examining the infrastructures needed for applications in studies are also given here. The fifth section is the automotive applications of the thesis. At first, the casting method to be used instead of metal parts made of composites manufactured by injection molding were discussed. In the first stage, especially oil pans, upper and lower block covers are among the targeted applications. Primarily application of recycled composites are, impact-absorbing bumpers, automotive applications used in the vehicle compartment separators, and some of the public transport bonnets. The study is based on and aimed, the applications of impact-absorbing bumper and principles of project and application are needed in this regard. 
The sixth chapter is a comprehensive section containing the experimental works, in which the first stage of the recycling process and the parameters have been discussed. The sample productions were made in the second step; mechanical, physical and technological experiments were made and test results were obtained. In the experiments on the subject, ISO EN standards were used. The seventh section is in the form of assessment of the sixth chapter, the findings were given in tabular and analytical and the change of properties and material behaviour with recycling are expressed in mathematics. Light and scanning electron microscopy studies were also given in this section. Change of properties for automotive parts, which were designed for outdoor, such as bumpers, etc. with the UV light, was also given in this section. 
The last section is the eighth section, where the results were examined. The results of changings were interpreted in this section and qualified advices for the progression of the study were also given in here. Because of the whole study based on the experimental procedures and directly to the applications, it consisted an important database for the nextly serious project works.