Sürekli kenevir lif takviyeli poliüretan kompozitlerin morfolojik, fiziksel ve mekanik özelliklerinin araştırılması - Güçlü, Serhat
olimerik malzemelerin düşük yoğunluk, kimyasal direnç, kolay şekillendirilebilme, tekrar kullanılabilirlik, iyi ısı yalıtımı, korozyon direnci ve suya karşı dayanıma sahip olması gibi özellikleri sayesinde kullanımları gün geçtikçe artmaktadır. Artan bu talep ile, hammadde eldesinden nihai ürüne kadar olan süreçlerde CO2 salınımının artması, küresel ısınma gibi çok ciddi çevresel sorunlara yol açmasına bütün dünya şahitlik etmektedir. Bu sorunun büyümesini önlemek amacıyla polimerlerin karbon ayak izlerini azaltmak için doğal kaynaklardan elde edilen malzemeler ile birleştirilerek kompozitlerin hazırlanması son zamanlarda ön plana çıkan stratejilerden birisidir. Biyomalzeme takviyeli polimerler arasında mekanik özellikleri iyileştirdiği için doğal lif takviyeli polimer kompozitler oldukça ilgi görmektedir. Poliüretanlar (PUR) otomotivden uzay ve havacılık sanayisine, beyaz eşyadan mobilya sanayisine kadar çok geniş bir yelpazede kullanılan en yaygın polimerlerden bir tanesidir. Poliüretan küresel yıllık üretim miktarı polietilen (PE), polipropilen (PP) ve polivinil klorürden (PVC) sonra dördüncü sırada yer almaktadır. Poliüretanlar, poliol ve diizosiyanatlar olmak üzere iki ayrı endüstriyel kimyasaldan elde edilmesinden dolayı kilogram başına yüksek oranda CO2 salınımına sahiptir. Bu nedenle PUR karbon ayak izinin azaltılması daha çevreci malzemelerin geliştirilmesi açısından önemlidir. Doğal lifler arasında kenevir yüksek mukavemet, hafif, korozyona karşı dayanıklı, iyi ses yalıtımı ve nem emilimine sahip olması, yüksek sıcaklıklara dayanım, pilling (boncuklanma) ve statik elektriklenme sorunu olmaması gibi üstün özelliklerinden dolayı ilgi çekmektedir. Bunun yanı sıra kenevirin endüstrileştirilmesi için devlet kurumları yeni stratejilerle hem katma değeri yüksek hem de çevre dostu malzemelerin geliştirilmesini teşvik etmektedir. Bu tez çalışmasında, sert (rijit) poliüretan (RPU) matrisine sürekli kenevir lif takviyesi ile biyokompozitler hazırlanmıştır. Kompozitteki lif ile RPU arayüzey etkileşimlerini iyileştirmek için lif yüzeyleri termoplastik poliüretan (TPU) ile kaplanmıştır. Ayrıca mekanik özelliklerinin arttırılması amacıyla kaplamaya çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) katkılanmıştır. Böylece takviyesiz RPU yanı sıra kenevir, TPU-kenevir ve TPU/MWCNT-kenevir lif takviyeli kompozitler hazırlanmıştır. Kompozitlerin iç yapıları ve polimer-lif etkileşimleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ile incelenmiştir. SEM görüntülerinden takviyesiz poliüretan iç yapısında herhangi bir boşluk oluşumu gözlenmezken, kenevir takviyeli kompozitte büyük hacimli kapalı hücre oluşumları köpük yapısı oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu hücre yapılarının oluşumu lif bünyesindeki kalan hava moleküllerinin RPU matrisin kürleşmesi esnasında açığa çıkan ısı ile genleşmesiyle şişirme ajanı gibi davranmasından ileri geldiği düşünülmüştür. TPU-kenevir takviyeli kompozitte hücre sayısının ve boyutlarının azaldığı görülmüştür. Bu sonuç kaplanan TPU katmanının bariyer özelliği göstererek hava moleküllerinin matris içine geçişini engellemesinden kaynaklanmaktadır. TPU/MWCNT-kenevir takviyeli kompozitte ise hücre oluşumunun daha da azaldığı tespit edilmiştir. Bunun nedeni olarak ise kaplamadaki TPU zincirler arasındaki serbest hacmin MWCNT dolgusu ile azaldığı, bu nedenle hava moleküllerinin TPU kaplamasından geçişlerinin daha da azalmasına yorumlanmıştır. RPU yoğunluğu 0,92 gcm-3 olarak ölçülürken, kenevir, TPU-kenevir ve TPU/MWCNT-kenevir kompozitlerin yoğunlukları hücre oluşum oranlarına bağlı olarak sırasıyla 0,58, 0,72 ve 0,82 gcm-3 olarak belirlenmiştir. Çekme testlerinden en düşük değer RPU ile belirlenirken, lif takviyesi ile bu değerlerin arttığı ve en yüksek değer TPU/MWCNT-kenevir takviyeli kompozitte elde edilmiştir. Akma mukavemeti değerleri de benzer bir değişim gösterek RPU için 9,9 MPa iken, TPU/MWCNT-kenevir takviyeli kompozit için 13,9 MPa olarak ölçülmüştür. RPU için çekme mukavemeti 12,8 MPa olarak belirlenirken, en yüsek değer TPU/MWCNT-kenevir takviyeli kompozitte 16,7 MPa olarak tespit edilmiştir. 3-nokta eğme testlerinden maksimum gerilme değeri RPU için 25,3 MPa olarak belirlenirken, bu değerin TPU/MWCNT-kenevir takviyeli kompozit için 27,4 MPa olduğu tespit edilmiştir. Charpy darbe sonuçlarından RPU tokluğu 6,23 kJ/m2 iken, TPU/MWCNT-kenevir takviyeli kompozit tokluğunun 10,2 kJ/m2 değerine ulaştığı belirlenmiştir. Bu sonuçlardan TPU/MWCNT kaplı sürekli kenevir lifler ile RPU takviye edilerek karbon ayak izi daha düşük, yoğunluk azalmasıyla daha hafif ve mekanik özellikleri iyileştirilmiş bir biyokompozit geliştirilmiştir. Geliştirilen bu kompozitin yanmazlık özelliklerinin de iyileştirilmesi ile havacılık ve otomotiv başta olmak üzere inşaat, beyaz eşya, mobilya gibi sektörlerde yapısal malzeme olarak kullanılabileceği anlaşılmıştır.