Otomotiv sektöründe kullanılmak üzere çevre dostu yeni nesil doğal lif takviyeli kompozit malzemelerin geliştirilmesi

Abstract

Son zamanlarda, küresel ısınma, çevre kirliliği ve petrolün tükenme olasılığı gibi nedenlerden dolayı yenilenebilir kaynaklardan elde edilen malzemelerin kullanımı hakkında ciddi bir farkındalık oluştu. Kompozit malzemelerin doğal malzemelerden üretilmesi ile kompozitlerin üretiminden kullanım ömrünün sonuna kadarki süreçte karbon ayak izinde ve sera gazı salınımında önemli bir azalma oldu. Ayrıca otomotiv sektöründe doğal kaynaklardan üretilen yeşil kompozitlerin kullanımı maliyetlerde azalma, araçta hafiflik ve yakıt tasarrufu sağladı. Matris malzemesi olarak PLA, takviye malzemesi olarak keten lifi, imalat yöntemi olarak ise ekstrüzyon ve enjeksiyon yöntemleri kullanılmıştır. Tez kapsamında üretilen kompozitler, otobüs üst konsol parçası olarak kullanılması hedeflendiğinden konsolun halihazırda kullanıldığı PVC özellikleri sınır şartı olarak ele alınıp çalışmalar yapılmıştır. Aynı zamanda, otomotiv sektöründe hafiflik, CO2 ayak izinin düşürülmesi, geri dönüşebilirlik ve ekonomiklik hususları da sınır şartı olarak ele alınmıştır. Bu nedenle, üretilen nihai kompozitler olan %5 borik asit/boraks, %5 çinko borat ve %5 üleksit takviyeli PLA/keten kompozitlerin karbon ayak izi muadili olacak PVC’den ve otomotiv sektöründe sıklıkla kullanılan polipropilen/cam kompozitlerden en az %70’ daha azdır. Üretilen kompozitler PVC’ye göre yaklaşık %10 daha hafiftir ve %95’i biyobozunur ve sürdürülebilir kaynaklardan üretilmiştir. Ekonomiklik olarak, üretilen kompozitlerin matris malzemesi PVC’den daha pahalıdır ancak, keten lifi otomotiv sektöründe takviye elamanı olarak kullanılan cam ve karbona göre çok daha ucuzdur. Kompozitler mekanik özellikleri açısından PVC ve polipropilen/cam kompozit ile rekabet edebilecek niteliktedir. Tez çalışmasında, üretilen kompozitlerin otobüs iç konsol malzemesi olarak sınır şartlarını sağlayıp sağlamadığını araştırmak için; mekanik, ısıl, kimyasal ve fiziksel testler uygulanmıştır. Kompozitlerin mekanik özelliklerini belirlemek için çekme, eğme ve darbe deneyleri uygulanmıştır. Isıl özelliklerinin belirlenmesi için termogravimetrik analiz ve UL-94 yanma test uygulanmıştır. Kompozitlerin termomekanik özellikleri dinamik mekanik analiz yöntemi ile belirlenmiştir. Kimyasal özellikleri ve bağ yapısının belirlenmesi için FTIR analizi, ara yüzey bağının irdelenmesi için taramalı elektron mikroskobu incelemeleri yapılmıştır. Doğal lif takviyeli kompozitlerin başlıca kısıtlarından olan su tutma özelliklerinin incelenmesi için farklı su tutma zamanlarında kompozitlerin su tutma oranları ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Doğal lif takviyeli kompozitlerin yanma dayanımının iyileştirilmesi için çinko borat, üleksit ve borik asit/boraks karışımı olmak üzere üç farklı bor bileşiği keten kompozitlere ilave edilmiş ve ısıl, mekanik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca, üretilen tüm kompozitlerin Arşimet yoğunlukları, sertlik değerleri ve takviye elemanlarının geçiş sıcaklıklarına ve kristallik derecesine etkileri incelenmiştir. Sonuçta, üretilen %5 borik asit/boraks, %5 çinko borat ve %5 üleksit takviyeli PLA/keten kompozitlerin otobüs iç konsol malzemesi olarak kullanılabilecek mekanik ve ısıl özelliklere sahip oldukları bulunmuştur.