3B baskı uygulamaları için fındık kabuğu katkılı PLA biyokompozit filament geliştirilmesi ve mekanik performansının analizi
Development of hazelnut shell-reinforced PLA biocomposite filament for 3D printing applications and analysis of mechanical performance
- Tez No: 1013108
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MENDERES KAM, DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER ŞENGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Mechanical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Fındık Kabuğu, Kompozit Filament, Mekanik Özellikler, PLA, SEM, Composite filament, Hazelnut shell, Mechanical properties, PLA, SEM
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Düzce Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, Polilaktik Asit (PLA) esaslı kompozit filamentlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi ve atık fındık kabuğunun (FK) katma değerli bir malzeme olarak değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, saf PLA (%0) ile %1, %3 ve %5 FK katkısı içeren PLA kompozit filamentler üretilmiş ve bu filamentlerden mekanik test numuneleri hazırlanmıştır. Elde edilen numuneler üzerinde çekme, darbe ve eğme testleri gerçekleştirilmiştir. Çekme ve üç nokta eğme testlerinde gerilme–uzama verilerinden oluşturulan eğriler esas alınarak değerlendirme yapılmış, darbe testlerinde ise absorbe edilen enerji ve darbe dayanımı değerleri incelenmiştir. Elde edilen bulgular katkı oranına bağlı olarak karşılaştırmalı şekilde analiz edilmiştir. Mekanik test bulguları değerlendirildiğinde, çekme testi bulgularına göre ortalama maksimum çekme gerilmesi değerlerinin saf PLA, %1, %3 ve %5 FK grupları için sırasıyla 50,76±7,12 MPa, 31,54±3,61 MPa, 44,83±7,59 MPa ve 37,17±3,05 MPa olduğu belirlenmiştir. En yüksek ortalama çekme dayanımı saf PLA numunelerinde elde edilirken, katkılı gruplar arasında en yüksek değer %3 FK katkı grubunda gözlenmiştir. Darbe testlerinde saf PLA numuneleri ortalama 15,889 kJ/m² darbe dayanımı ile en yüksek performansı göstermiştir. FK katkı oranının artmasıyla birlikte darbe dayanımında genel olarak azalma gözlenmiş; ortalama darbe dayanımı değerleri %1 FK için 14,16 kJ/m², %3 FK için 13,58 kJ/m² ve %5 FK için 8,24 kJ/m² olarak belirlenmiştir. Eğme testlerinde ise saf PLA numuneleri en yüksek mekanik performansı göstermiş, %3 FK katkılı PLA numuneleri daha düşük ancak katkılı gruplar içinde daha dengeli bir davranış göstermiştir. Buna karşılık, %1 ve %5 FK katkılı PLA numunelerinde gerilme değerlerinin daha düşük seviyelerde kalması nedeniyle bu grupların eğme davranışı sınırlı olarak yorumlanmıştır. Mekanik test sonuçlarını mikroyapısal açıdan desteklemek amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri gerçekleştirilmiştir. SEM görüntülerinde, FK katkı oranının artmasıyla birlikte partikül kümelenmesi, mikro boşluk oluşumu ve katkı–matris ara yüzeyinde zayıf bağlanma bölgelerinin arttığı gözlemlenmiştir. Maksimum ve minimum mekanik performans sergileyen numunelere ait kırılma yüzeyleri incelendiğinde, sünek ve gevrek kırılma davranışlarının mekanik test sonuçları ile doğrudan ilişkili olduğu ortaya konulmuştur. Elde edilen sonuçlar, FK katkısının PLA kompozitlerin mekanik performansı üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olduğunu ve biyokompozit filament üretiminde sürdürülebilir bir dolgu malzemesi olarak değerlendirilebileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, it was aimed to investigate the mechanical properties of Polylactic Acid (PLA)-based composite filaments and to evaluate waste hazelnut shell (HS) as a value-added material. Within this scope, pure PLA and PLA composite filaments containing 1%, 3%, and 5% HS were produced, and mechanical test specimens were prepared from these filaments. Tensile, impact, and flexural tests were carried out on the specimens obtained from the produced filaments. In the tensile and three-point bending tests, the evaluations were based on the curves generated from the stress-strain data, while in the impact tests, the absorbed energy and impact strength values were examined. The findings were analyzed comparatively according to the filler content. When the mechanical test results were evaluated, the average maximum tensile stress values for the pure PLA, 1% HS, 3% HS, and 5% HS groups were determined as 50.76±7.12 MPa, 31.54±3.61 MPa, 44.83±7.59 MPa, and 37.17±3.05 MPa, respectively. While the highest average tensile strength was obtained from the pure PLA specimens, the highest value among the reinforced groups was observed in the 3% HS group. In the impact tests, the pure PLA specimens exhibited the best performance with an average impact strength of 15.889 kJ/m². As the HS content increased, a general decrease in impact strength was observed; the average impact strength values were determined as 14.16 kJ/m² for 1% HS, 13.58 kJ/m² for 3% HS, and 8.24 kJ/m² for 5% HS. In the flexural tests, the pure PLA specimens showed the highest mechanical performance, while the 3% HS-reinforced PLA specimens exhibited lower values but a more balanced behavior among the reinforced groups. In contrast, since the stress values of the 1% and 5% HS-reinforced PLA specimens remained at lower levels, the flexural behavior of these groups could only be interpreted in a limited manner.To support the mechanical test findings from a microstructural perspective, Scanning Electron Microscopy (SEM) analyses were performed. SEM images revealed that as the HS content increased, particle agglomeration, microvoid formation, and weak interfacial bonding regions between the filler and the matrix also increased. Examination of the fracture surfaces of the specimens exhibiting maximum and minimum mechanical performance demonstrated that ductile and brittle fracture behaviors were directly related to the mechanical test results. The obtained results indicate that HS reinforcement has a significant effect on the mechanical performance of PLA composites and that wastes hazelnut shell can be evaluated as a sustainable filler material in the production of biocomposite filaments.
Benzer Tezler
- Kemik doku mühendisliği uygulamaları için 3B baskı ile polimer-seramik kompozit iskelelerinin geliştirilmesi
Development of polymer-ceramic composite scaffolds using 3d printing for bone tissue engineering applications
ENGİN GEPEK
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
- Rejeneratif ve rekonstrüktif tıp uygulamaları için deselülerize insan dermal hücre dışı matriksini içeren deri greftlerinin 3B baskı teknolojisi kullanılarak üretimi
Fabrication of skin grafts containing decellularized human dermal extracellular matrix using 3D printing technology for regenerative and reconstructive medicine applications
SULTAN GÖLPEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyolojiAnkara ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FADİME KIRAN
DOÇ. DR. BİLLUR SEZGİN KIZILOK
- Innovative material design of high-volume fly ash mortars for 3D printing applications
3B baskı uygulamaları için yüksek oranda uçucu kül içeren harçların yenilikçi malzeme tasarımı
SHAGHAYEGH SADEGHZADEH BENAM
Doktora
Türkçe
2026
İnşaat MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP BAŞARAN BUNDUR
- Desıgn and development of bıoactıve quercetın-loaded plascaffold employıng 3D prıntıng for bone tıssueengıneerıng applıcatıons
Kemik doku mühendisliği uygulamaları için biyoaktifkuersetin yüklü pla iskelesinin 3B baskı ile tasarımı vegeliştirilmesi
MERT SÜGÜR
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İKİLEM GÖCEK
- Hybrid bioprinting of functionalized scaffolds for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için fonksiyonelleştirilmiş doku iskelelerinin hibrid üç boyutlu (3B) biyobasım
MAHDIYEH ZAHRABI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ