İleri termoplastik kompozit malzeme üretim atıklarının geri kazanımının malzeme ve proses optimizasyonu
Material and process optimization of recovery of advanced thermoplastic composite material production wastes
- Tez No: 1017875
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER, DR. MUSTAFA DOĞU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Cam elyaf kompozitler, Plastik kompozitler, Polimer kompozitler, Glass fiber composites, Plastic composites, Polymer composites
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İmal Usulleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Havacılık ve otomotiv endüstrilerinde yakıt tüketimine bağlı olan maliyetleri ve çevresel etkileri azaltmak amacıyla ağırlık azaltma stratejileri kritik bir öneme sahiptir. Bu nedenle, geleneksel termoset kompozitlere (TSC) kıyasla kısa çevrim süreleri, yüksek darbe dayanımı ve sınırsız raf ömrü sunan termoplastik kompozitler (TPC), yapısal uygulamalarda giderek daha fazla tercih edilmektedir. Ancak, yüksek performanslı TPC kullanımının artması, üretim sürecinde ortaya çıkan prepreg atıklarının ve kullanım ömrünü tamamlamış ince cidarlı parçaların sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesi ihtiyacını doğurmuştur. Bu çalışma, sürekli fiber takviyeli yüksek performanslı termoplastik prepreg atıklarının katma değerli ürünlere dönüştürülmesini sağlayacak ekonomik ve ölçeklenebilir bir geri kazanım yöntemi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında, tek yönlü (UD) prepreg atıkları dilme ve boy kesme proseslerine tabi tutularak kontrollü geometrilerde (yonga formu) hazırlanmıştır. Hazırlanan yongalar, rastgele yönelimli bir yapı oluşturacak şekilde serpilerek, sıcak presleme yöntemiyle konsolide edilmiş ve yeni nesil TPC paneller üretilmiştir. Üretilen panellerin yapısal karakterizasyonu sürecinde, rastgele serpme metodolojisinin sağladığı yapı sayesinde malzemelerin geleneksel tek yönlü (UD) panellerin anizotropik doğasının aksine, her yönde dengeli mekanik özellikler sunan izotropik bir davranış sergilediği saptanmıştır. ANOVA analizleri sonucunda, üç malzeme çifti için mekanik performansı ve izotropi derecesini belirleyen baskın parametrelerin malzeme karakteristiğine bağlı olarak farklılaştığını ortaya koymuştur. Cam fiber takviyeli polipropilen (PP/GF) kompozitlerinde yonga genişliğinin, karbon fiber takviyeli poliamid 12 (PA12/CF) kompozitlerinde serpme homojenliğini doğrudan etkileyen titreşim frekansının, havacılık sınıfı karbon fiber takviyeli polietereterketon (PEEK/CF) malzeme çiftinde ise yük aktarım verimliliği üzerinde belirleyici olan yonga boyunun en etkili parametre olduğu saptanmıştır. Bu çalışma, farklı mühendislik polimerlerine sahip kompozit atıkların döngüsel ekonomiye kazandırılması noktasında operasyonel parametrelerin etkisini sistematik olarak ortaya koymaktadır. Elde edilen yüksek izotropi indeksleri ve düşük boşluk oranları, rastgele serpme yöntemiyle geri kazanılan bu yeni nesil TPC panellerin; havacılık ve otomotiv ikincil yapılarında, alternatif, sürdürülebilir ve yüksek güvenilirlikli bir malzeme çözümü olarak kullanılabileceğini kanıtlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Weight reduction strategies are of critical importance in the aerospace and automotive industries to reduce fuel consumption-related costs and environmental impacts. Consequently, thermoplastic composites (TPCs), which offer shorter cycle times, higher impact resistance, and unlimited shelf life compared to traditional thermoset composites (TSCs), are increasingly preferred for structural applications. However, the rising use of high-performance TPCs has necessitated the sustainable management of prepreg wastes generated during production and end-of-life thin-walled components. This study aims to develop an economic and scalable recovery method that enables the conversion of continuous fiber-reinforced high-performance thermoplastic prepreg wastes into value-added products. Within the scope of the study, unidirectional (UD) prepreg wastes were subjected to slitting and cut-to-length processes to prepare controlled geometries (strand form). These chips were scattered to form a randomly oriented structure and consolidated via hot pressing to produce next-generation TPC panels. During the structural characterization of the produced panels, it was observed that the structure provided by the random scattering methodology allowed the materials to exhibit isotropic behavior—offering balanced mechanical properties in all directions—in contrast to the anisotropic nature of traditional unidirectional (UD) panels. ANOVA results revealed that the dominant parameters determining mechanical performance and the degree of isotropy vary depending on the material characteristics for the three material pairs. It was determined that chip width is the most influential parameter for glass fiber-reinforced polypropylene (PP/GF) composites; vibration frequency, which directly affects scattering homogeneity, is most critical for carbon fiber-reinforced polyamide 12 (PA12/CF) composites; and chip length, which determines load transfer efficiency, is the primary factor for aerospace-grade carbon fiber-reinforced polyetheretherketone (PEEK/CF) material pairs. This study systematically demonstrates the impact of operational parameters on integrating composite wastes with different engineering polymers into the circular economy. The resulting high isotropy indices and low void contents prove that these next-generation TPC panels recovered through the random scattering method can be utilized as alternative, sustainable, and highly reliable material solutions for secondary structures in the aerospace and automotive sectors.
Benzer Tezler
- Dikerek fiber yerleştirme (TFP) teknolojisi ile üretilmiş kompozit yapıların mekanik karakterizasyonu
Mechanical characterization of composite laminates manufactured by tailored fiber placement technology (TFP)
GÖKHAN K.ÇOBAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriBursa Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CİHAN KABOĞLU
- MDF tozu ve pirinç sapı atıklarının termoplastik kompozitlerin üretiminde değerlendirilmesi
Evaluation of MDF dust and rice straw wastes in the thermoplastic composites production
HALİME ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Polimer Bilim ve TeknolojisiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiOrman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERTUĞRUL ALTUNTAŞ
PROF. DR. MEHMET HAKKI ALMA
- Yalıtım malzemesi olarak atık polivinil klorür (PVC) kullanılarak kompozit köpük üretimi ve özellikleri
As an insulation material, manufacture of waste polyvinyl chloride (PVC) composite foams and their properties
YILDIZ BİRBİLEN
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiOrman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KADİR KARAKUŞ
PROF. DR. FATİH MENGELOĞLU
- Zeytin ve mermer işleme atıkları simbiyozu ile ileri dönüşüm yaklaşımları
Upcycling approaches with olive and marble processing wastes symbiosis
GAMZE GÖKTEPELİ
Doktora
Türkçe
2023
Çevre MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA YEL
- Termoplastik prepreg esaslı ağır ticari araç koltuğu tasarımı, analizi ve üzerine enjeksiyon prosesi ile üretimi
Thermoplastic prepreg based heavy commercial vehicle seat design, analysis and production by over-molding injection process
SERKAN BİRÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Polimer Bilim ve TeknolojisiKocaeli ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR BORA