Dokusuz kumaş esaslı hafifleştirilmiş termoplastik kompozitlerin kuru prosesle üretimi ve karakterizasyonu
Dry-process manufacturing and characterization of nonwoven fabric–based lightweight thermoplastic composites
- Tez No: 992012
- Danışmanlar: PROF. DR. ELÇİN YILMAZ, DOÇ. DR. AYLİN ALTINBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Kimya Mühendisliği, Engineering Sciences, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Polimer kompozitler, Propilen lif, Polymer composites, Propylene fiber
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde otomotiv ve savunma sanayilerinde yaygın olarak kullanılan Hafifleştirilmiş Takviyeli Termoplastik (LWRT) kompozit malzemeler, düşük yoğunlukları ve yüksek mekanik dayanımları sayesinde oldukça popüler malzemeler olarak tercih edilmektedir. Ancak pratik uygulamada bu malzemeler genellikle ıslak prosesler kullanılarak üretilmektedir. Bu da yüksek enerji tüketimi, ve çevresel açıdan sürdürülebilir olmayan üretim koşullarını beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada, endüstride ıslak proseslerle üretilen LWRT panellerin tamamen kuru proseslerle üretilebilmesi hedeflenmiş ve bu amaçla lif karışım oranı, iğneleme işlemi, genişleyebilir mikroküre köpürtücü ajan kullanımı ve laminasyon sıcaklığı ve hızı gibi parametreler sistematik olarak araştırılmıştır. Kuru proses yaklaşımında, cam elyaf ve polipropilen (PP) elyafların belirli oranlarda karıştırılmasıyla taraklama yöntemi kullanılarak dokusuz kumaşlar hazırlanmış ve bu kumaşlar laminasyon yöntemiyle birleştirilerek çok katmanlı hafifleştirilmiş kompozit paneller elde edilmiştir. Bu aşamada hazırlanan kumaşlar makro TGA ile karakterize edilmiş ve cam elyaf oranına göre sınıflandırılarak panel üretimine geçilmiştir. LWRT panelleri üretiminde kullanılan dokusuz kumaşlara iğneleme işlemiyle liflerin mekanik bağlanması güçlendirilmiştir. Ardından genişleyebilir mikroküre köpürtücü ajan tozu eklenerek yapıda mikro-gözenekler oluşturularak elde edilen hacim artışı sayesinde yoğunluk azaltılmıştır. Elde edilen LWRT panellerin mekanik performansları çekme ve üç nokta eğme testleri ile değerlendirilmiş ve sonuçlar ticari olarak kullanılan LWRT referans panel ile karşılaştırılmıştır. Deneysel bulgular, iğneleme işleminin ve uygun PP oranının lifmatris etkileşimini artırarak hem dayanım hem rijitlik değerlerini önemli ölçüde yükselttiğini, buna karşın köpürtücü ajan kullanımının eğme dayanımında gözenek oluşumu nedeniyle kısmi düşüşe yol açtığını ortaya koymuştur. Ayrıca SEM ve stereo mikroskop analizleri, kuru proses yöntemiyle üretilen panellerde PP elyaflarının cam elyaf demetleri arasında etkin şekilde emprenye olduğunu, dolayısıyla matris sürekliliğinin başarıyla sağlandığını ortaya koymuştur. Bununla birlikte, genişleyebilir mikroküre köpürtücü ajan içeren numunelerde, laminasyon prosesi sırasında köpürme reaksiyonunun etkin biçimde gerçekleştiği, bunun sonucunda yapıda mikro gözenekler oluşarak panel yoğunluğunun azaldığı ancak bu durumun çekme testlerinde önemli bir performans kaybına yol açmadığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında geliştirilen tamamen kuru proses tabanlı LWRT malzeme üretim yöntemi, su ve kimyasal bağlayıcı kullanmadan, referans panelle karşılaştırılabilir hatta yer yer üstün mekanik özellikler elde edilmesini sağlamıştır. Çalışma, sürdürülebilir ve enerji verimli kompozit üretimi açısından endüstriyel ölçekte uygulanabilir yeni bir alternatif sunmaktadır. Ayrıca elde edilen bulgular, otomotiv ve savunma sektöründe hafif, çevre dostu ve geri dönüştürülebilir kompozit malzemelerin geliştirilmesine yönelik gelecek araştırmalar için önemli bir temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
Lightweight reinforced thermoplastic (LWRT) composite materials which are widely used in the automotive and defense industries, have gained significant popularity due to their low density and high mechanical strength. However, in practical applications, these materials are typically manufactured by wet processes and they are characterized by high energy consumption and environmentally unsustainable production conditions. In this study, it was aimed to produce LWRT panels entirely by dry processing methods. For this purpose, key production parameters such as fiber ratio, needle punching, the use of expandable microsphere foaming agents, lamination temperature, and belt speed were systematically investigated. Within the dry process approach, nonwoven fabrics were prepared by carding process with mixtures of glass and polypropylene fibers in predetermined proportions. These fabrics were then laminated to form multilayer lightweight composite panels. The mechanical bonding between fibers in the nonwoven structures was enhanced through the needle punching process, while the addition of an expandable microsphere foaming agent introduced micro-porosity resulting in reduced panel density due to the volume expansion during lamination. The mechanical performance of the fabricated LWRT panels was evaluated through tensile and three-point bending tests and the results were compared with those of a commercial LWRT reference panel. Experimental results demonstrated that the needle punching process and an optimized PP fiber ratio significantly improved fiber–matrix interaction that leads to increased strength and stiffness, whereas the use of a foaming agent caused a moderate reduction in bending strength due to pore formation. Furthermore, SEM and stereo microscope analyses revealed that in panels produced via the dry process, PP fibers were effectively impregnated among the glass fiber bundles ensuring continuous and uniform matrix formation. In addition, for the samples containing the expandable microsphere foaming agent, it was observed that the foaming reaction occurred effectively during the lamination process resulting in microcellular structures and reduced density, without a significant loss of performance in tensile properties. In conclusion, the fully dry-process-based LWRT manufacturing method developed within the scope of this thesis enabled the production of composite panels with mechanical properties comparable to and in some cases superior to those of the reference panel. This study presents a sustainable and energy-efficient alternative for industrial-scale composite manufacturing and provides a strong foundation for future research on lightweight, environmentally friendly and recyclable composite materials for the automotive and defense industry.
Benzer Tezler
- Nonwoven (Dokusuz yüzey) esaslı emici bezlerde lif cinsi ve sıklığının, hava, sıvı ve ısı geçirgenliğine etkisinin incelenmesi
The Affect of fibre category and density against air, water permeability and thermal transmittance in nonwoven absorbent products
MEHTAP AĞIRGAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiMarmara ÜniversitesiTekstil Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET AKALIN
- Toughening of carbon fiber based composites with electrospun fabric layers
Elektroeğrilmiş kumaş tabakaları ile karbon elyaf esaslı kompozitlerın toklaştırılması
BERTAN BEYLERGİL
Doktora
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TANOĞLU
DOÇ. DR. ENGİN AKTAŞ
- Kişisel temizlik ve bakım amaçlı kullanılan dokusuz yüzeylerin biyobozunurluğu
Biodegradability of nonwovens used for hygiene and personal care
BÜŞRA KEÇECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiPROF. DR. VİLDAN SÜLAR
- Jüt ve doğal keçe destekli kompozit malzemenin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of jute and natural wool reinforced composites
AHMET EBRAR TAŞKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİÇEK ÖZES
- Doğal sentetik karma kompozitlerin çekme ve eğilme özelliklerinin araştırılması
Investigation of tensile and flexural properties natural/synthetic hybrid composites
SERHAT CAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mühendislik BilimleriDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİÇEK ÖZES