jÜt lİfİ takvİyelİ kompozİtlerİn mekanİk Özellİklerİnİn ... · lifi takviyeli polyester...

4
MAKALE Cilt: 55 Sayı: 649 Mühendis ve Makina 43 IMPROVEMENT MECHANICAL PROPERTIES OF JUTE FIBER REINFORCED COMPOSITE BY SURFACE MODIFICATION PROCESS Narin Karabulut Uşak Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Uşak [email protected] Mehmet Aktaş * Doç. Dr., Uşak Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Uşak [email protected] JÜT LİFİ TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN YÜZEY MODİFİKASYON İŞLEMİYLE İYİLEŞTİRİLMESİ ÖZET Bu çalışmada; dokuma jüt/polyester kompozit malzemelerin NaOH (sodyum hidroksit) ile yüzey mo- difikasyonu sonrası mekanik özellikleri incelenmiştir. Yüzey modifikasyon işlemi için dokuma jüt ku- maşlar, %2 oranındaki NaOH çözeltisinde 20 saat bekletilmiştir. Dokuma jüt kumaşlar 3 gün boyunca oda sıcaklığında kurumaya bırakılmıştır. Kurutulmuş kumaşlar %5, %10 ve %15 oranında NaOH çö- zeltisinde 4 saat bekletildikten sonra kumaşların nemini tamamen almak için etüvde 70°C’de 30 daki- ka bekletilmiştir. Dokuma jüt/polyester tabakalı kompozitler ısı ve zaman kontrollü hidrolik preste el yatırma yöntemi ile 105°C ve 8MPa basınç altında üretilmiştir. Deney numuneleri ASTM standartları- na göre kesildikten sonra mekanik özellikleri 50kN kapasiteli UTEST çekme-basma cihazında 1mm/ dak. hızda belirlenmiştir. Dokuma jüt/polyester tabakalı kompozitlerin mekanik özelliklerine NaOH miktarının etkisini incelemek için NaOH oranı %0 (işlemsiz), %5, %10 ve %15 oranlarında seçilmiş- tir. Deney sonuçları NaOH miktarı arttıkça dokuma jüt kumaşların yapışma kabiliyetinin arttığını ve dokuma tipi jüt/polyester tabakalı kompozitlerin mekanik özelliklerinin iyileştiğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: NaOH, dokuma tipi jüt/polyester, yüzey modifikasyonu, mekanik özellikler ABSTRACT In this study; the mechanical properties of woven jute/polyester composite materials were investigated after surface modification by NaOH (Sodium hydroxide). For surface modification process, the wo- ven jute fabrics have been retained in rate of 2% NaOH solution for 20 hours. The woven jute fabrics have been kept at room temperature for 3 days to get them dried. The woven jute fabrics were placed into an oven at 70 celcius degrees for 30 minutes in order to eliminate the humidity after processing them in the NaOH solution in the ratio of 5%, 10%, and 15% for 4 hours. The woven jute/polyester laminated composites have been produced using a temperature and time controlled hydraulic press at 105°C and 8MPa pressure by hand lay-up method. After the experimental specimens were cut accor- ding to ASTM standards, their mechanical properties were determined at UTEST tensile-compression machine with a capacity of 50kN at 1mm/min. NaOH ratios have been selected as 0% (untreated), 5%, 10%, 15% to investigate the effect of NaOH amount on the mechanical properties of woven jute/ polyester laminated composites. The experimental results were showed that the bonding capability of woven jute fabrics was increased and also mechanical properties of woven jute/polyester laminated composites were modified by increasing the NaOH amount. Keywords: NaOH, woven jute/polyester, surface modification, mechanical properties * İletişim yazarı Geliş tarihi : 20.01.2014 Kabul tarihi : 14.02.2014 Karabulut, N., Aktaş. M. 2014. “Jüt Lifi Takviyeli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin Yüzey Modifikasyon İşlemiyle İyileştirilmesi,” Mühendis ve Makina, cilt 55, sayı 649, s. 43-49.

Upload: others

Post on 05-Jul-2020

12 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: JÜT LİFİ TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN ... · lifi takviyeli polyester kompozitin ara yüzey etkileşimini ge-liştirerek tabakalar arası kayma gerilmesini

MAKALE

Cilt: 55Sayı: 649Mühendis ve Makina 43

IMPROVEMENT MECHANICAL PROPERTIES OF JUTE FIBER REINFORCED COMPOSITE BY SURFACE MODIFICATION PROCESS

Narin KarabulutUşak Üniversitesi,Makine Mühendisliği Bölümü, Uş[email protected]

Mehmet Aktaş* Doç. Dr.,Uşak Üniversitesi,Makine Mühendisliği Bölümü, Uş[email protected]

JÜT LİFİ TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN YÜZEY MODİFİKASYON İŞLEMİYLE İYİLEŞTİRİLMESİ

ÖZETBu çalışmada; dokuma jüt/polyester kompozit malzemelerin NaOH (sodyum hidroksit) ile yüzey mo-difikasyonu sonrası mekanik özellikleri incelenmiştir. Yüzey modifikasyon işlemi için dokuma jüt ku-maşlar, %2 oranındaki NaOH çözeltisinde 20 saat bekletilmiştir. Dokuma jüt kumaşlar 3 gün boyunca oda sıcaklığında kurumaya bırakılmıştır. Kurutulmuş kumaşlar %5, %10 ve %15 oranında NaOH çö-zeltisinde 4 saat bekletildikten sonra kumaşların nemini tamamen almak için etüvde 70°C’de 30 daki-ka bekletilmiştir. Dokuma jüt/polyester tabakalı kompozitler ısı ve zaman kontrollü hidrolik preste el yatırma yöntemi ile 105°C ve 8MPa basınç altında üretilmiştir. Deney numuneleri ASTM standartları-na göre kesildikten sonra mekanik özellikleri 50kN kapasiteli UTEST çekme-basma cihazında 1mm/dak. hızda belirlenmiştir. Dokuma jüt/polyester tabakalı kompozitlerin mekanik özelliklerine NaOH miktarının etkisini incelemek için NaOH oranı %0 (işlemsiz), %5, %10 ve %15 oranlarında seçilmiş-tir. Deney sonuçları NaOH miktarı arttıkça dokuma jüt kumaşların yapışma kabiliyetinin arttığını ve dokuma tipi jüt/polyester tabakalı kompozitlerin mekanik özelliklerinin iyileştiğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: NaOH, dokuma tipi jüt/polyester, yüzey modifikasyonu, mekanik özellikler

ABSTRACTIn this study; the mechanical properties of woven jute/polyester composite materials were investigated after surface modification by NaOH (Sodium hydroxide). For surface modification process, the wo-ven jute fabrics have been retained in rate of 2% NaOH solution for 20 hours. The woven jute fabrics have been kept at room temperature for 3 days to get them dried. The woven jute fabrics were placed into an oven at 70 celcius degrees for 30 minutes in order to eliminate the humidity after processing them in the NaOH solution in the ratio of 5%, 10%, and 15% for 4 hours. The woven jute/polyester laminated composites have been produced using a temperature and time controlled hydraulic press at 105°C and 8MPa pressure by hand lay-up method. After the experimental specimens were cut accor-ding to ASTM standards, their mechanical properties were determined at UTEST tensile-compression machine with a capacity of 50kN at 1mm/min. NaOH ratios have been selected as 0% (untreated), 5%, 10%, 15% to investigate the effect of NaOH amount on the mechanical properties of woven jute/polyester laminated composites. The experimental results were showed that the bonding capability of woven jute fabrics was increased and also mechanical properties of woven jute/polyester laminated composites were modified by increasing the NaOH amount.

Keywords: NaOH, woven jute/polyester, surface modification, mechanical properties* İletişim yazarı

Geliş tarihi : 20.01.2014 Kabul tarihi : 14.02.2014

Karabulut, N., Aktaş. M. 2014. “Jüt Lifi Takviyeli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin Yüzey Modifikasyon İşlemiyle İyileştirilmesi,” Mühendis ve Makina, cilt 55, sayı 649, s. 43-49.

Page 2: JÜT LİFİ TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN ... · lifi takviyeli polyester kompozitin ara yüzey etkileşimini ge-liştirerek tabakalar arası kayma gerilmesini

Cilt: 55 Sayı: 649

Cilt: 55Sayı: 649Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina44 45

Jüt Lifi Takviyeli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin Yüzey Modifikasyon İşlemiyle İyileştirilmesi Narin Karabulut, Mehmet Aktaş

lar %2 oranında NaOH çözeltisinde 20 saat bekletilmiştir (Şe-kil 2). Çözeltiden çıkartılan jüt kumaşlar çeşme suyunda du-rulandıktan sonra 3 gün boyunca oda sıcaklığında kurumaya bırakılmıştır. Kurutulmuş kumaşlar saf su ile hazırlanan %5, %10, %15 oranında NaOH çözeltisinde 4 saat bekletilmiştir. Yüzey modifikasyon işlemi bittikten sonra oda sıcaklığında kurutulmuştur. Kurutulan dokuma tipi jüt kumaşlar etüvde 70°C’de 30 dakika bekletilerek nemi (yaklaşık olarak %4 ora-

nında) alınmıştır. Ayrıca NaOH oranının (%5, %10 ve %15) dokuma tipi jüt/polyester kompozitlerin mekanik özellikleri-ne ne oranda etkidiğini anlamak için işlemsiz (%0) kompozit plakaların da mekanik özellikleri belirlenmiştir.

2.2.2 Numunelerin Hazırlanması

Etüvde nemi alınan dokuma tipi jüt kumaşlar tabakalı kompo-zit üretimine hazır hale getirilmiştir. Dokuma tipi jüt/polyes-ter kompozit malzemenin üretimi için 1000gr’lık polipol351 reçine ile 4gr kobalt ve 14mlt MEKP karıştırılmıştır. Dokuma jüt kumaşlardan polyester reçinenin sızarak hidrolik prese ya-pışmaması için üretim aşamasında kalıbın alt ve üst kısmı-na mikrofilm serilmiştir. Daha sonra altı tabakadan oluşacak kumaşlara bir rulo yardımı ile polyester reçine emdirilmiştir (Şekil 3). Bu işlemden sonra hidrolik pres 105°C ve 8MPa basınca ayarlanarak altı tabakadan oluşan dokuma tipi jüt/pol-yester kompozit 100 dakika boyunca kürlenmiştir.

2.2.3 Mekanik Deneyler

Çekme Deneyi

ASTM D 3039 standardına göre; fiber yönündeki elastisite modülü (E1) ve çekme dayanımı (XÇ ) değerlerini hesaplamak için dokuma tipi jüt/polyester kompozit numuneler genişliği 12,7mm ve boyu 229mm olacak şekilde kesilmiştir. Fibere dik yöndeki elastisite modülü (E2) ve çekme dayanımı (YÇ) değerlerini hesaplamak için ise genişliği 25,4mm ve boyu 229mm olan numuneler kesilmiştir. Kompozit malzemele-rin kayma modülünü bulmak için fibere 45°’lik açı yapacak şekilde üretilen E45 elastisite modülü numuneleri fibere dik yöndeki numune boyutlarında kesilmiştir [8]. ASTM D 3039 standardına göre kesilen kompozit numunelerin çekme yük-leri altındaki mekanik özellikleri 50kN yükleme kapasitesine

Şekil 2. NaOH Çözeltisinde Bekletilen Dokuma Tipi Jüt Kumaşlar

Şekil 3. Dokuma Tipi Jüt Kumaşların Üretime Hazırlanması

(a) (b) (c) (d)

Şekil 4. (a) Çekme Numunelerinin Çekme Çenesine Yerleştirilmesi, (b) E1, (c) E2 ve (d) E45 Numunelerinin Çekme Deneyi Sonrası Numune Hasarları

1. GİRİŞ

Kompozit malzemeler, iki veya daha fazla malzeme-nin çeşitli üretim yöntemleri ile mikro ya da mak-ro düzeyde birleştirilmesi sonucu oluşan malze-

melerdir. Kompozit yapılarda hafiflik, mukavemet, yorulma dayanımı, ısı iletkenliği gibi özellikler takviye materyalinin seçiminde önemli bir etkendir. Bundan dolayı kompozit mal-zemeler sağladıkları avantajları ile birçok mühendislik uygu-lamasında önemli yer tutmaktadır. Polimer esaslı kompozitler son zamanlarda en çok kullanılan kompozit çeşidi olmasına rağmen polimer esaslı liflerin insan sağlığına zararlı olması onların yerine doğal liflerin almasını gerekli kılmıştır. Do-ğal liflerin yenilenebilir olması çevresel ve ekonomik açıdan avantaj sağlamaktadır. Ancak doğal liflerin düşük ara yüzey yapışma özelliklerine sahip olması onların mekanik özellik-lerini düşürmektedir. Alkali işlem, oksidasyon, plazma ve UV radyasyon işlemleri gibi yöntemler lif ve matris arasın-daki yapışmayı arttırır ve liflerin su emmesini azaltabilir [1]. Doğal lif takviyeli kompozitlerin üretim aşamasındaki yüzey modifikasyonu ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır. Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir.

Liu ve Dai [2] yaptıkları çalışmada jüt lifinin alkali işlemden sonra pürüzlü bir yüzey oluşturduğunu ve jüt/polipropilen ara yüzeyindeki dayanıklılığın arttığını gözlemlemişlerdir. Seki [3] %5 oranındaki NaOH ile işlem yapılan jüt takviyeli epok-si ve polyester kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini arttığını belirtmiştir. Ancak alkali işleme ek olarak siloksan bağlayıcı maddesi ile yapılan modifikasyon işleminin kom-pozitlerin ara yüzey dayanımlarını epoksi kompozit için %52, polyester kompozit için ise %99 oranında arttırdığını vurgula-mıştır. Sever ve arkadaşları [4] jüt kumaşa uyguladıkları farklı oranlardaki silan bağlayıcı maddesinin polyester kompozitin mekanik özelliklerine etkisini incelemişlerdir. Çalışmanın sonucuna göre, %0.3 oranındaki silan bağlayıcı maddesi ile yapılan modifikasyon işleminin jüt lifi ve polyester arasında en iyi ara yüzey dayanımını sağladığını ve dolayısıyla kom-pozit materyalin en yüksek mekanik özellikleri gösterdiğini belirtmiştir. Park ve arkadaşları [5] jüt takviyeli polipropilen kompozitlerin tabakalar arası kayma gerilmesi (ILSS) deneyi sonucuna göre silan ile yapılan işlemin ara yüzey dayanımını arttırdığını belirtmiştir. Seki ve arkadaşları [6] jüt lifine uygu-lanan düşük frekans ve radyo frekans oksijen plazmanın jüt lifi takviyeli polyester kompozitin ara yüzey etkileşimini ge-liştirerek tabakalar arası kayma gerilmesini sırasıyla %72 ve %129 oranında arttırdığını belirtmiştir. Khan ve arkadaşları [7] jüt takviyeli polipropilen kompozitin potasyum dikromat ile yüzey modifikasyonu sonucu özelliklerinin nasıl değişti-ğini incelemişlerdir. %0.02 potasyum dikromat konsantras-yonunda modifiye edilen kompozitin en iyi mekanik perfor-

mansı sağladığını termal özelliklere ise modifikasyonun bir etkisinin olmadığını gözlemlemişlerdir.

Bu çalışmada ise dokuma jüt kumaşların %0, %5, %10, %15 oranlarında NaOH ile yüzey modifikasyonu sonrası polyester reçine ile tabakalı kompozit üretilmesi ve üretim sonrası taba-kalı kompozitin mekanik özelliklerinin (E1, E2, E45, XÇ, YÇ, XB ve YB) deneysel olarak belirlenmesi amaçlanmıştır.

2. MATERYAL VE METOT

2.1 Materyal

Jütsan firmasından temin edilen dokuma tipi jüt kumaşlar kompozit malzeme üretimi için 80x100cm2 boyutlarında ke-silmiştir. Kesilen dokuma tipi jüt kumaşların yüzey modifi-kasyonu için Düzey Lab’dan alınan NaOH (Sodyum Hidrok-sit) kullanılmıştır.

Reçine olarak Yücel Grup’dan polipol351 polyester reçine, katalizör olarak metil-etil-keton peroksit (MEKP) ve hızlan-

dırıcı olarak da %6’lık kobalt temin edilmiştir. Kompozitin üretiminde plakanın saca yapışmasını önlemek amacıyla Ye-nipak firmasından alınan 250 oC sıcaklığa kadar dayanabilen ve yapışmayan 19μm kalınlığında mikro film kullanılmıştır. Uşak Üniversitesi Kompozit Üretim Laboratuvarında bulunan zaman ve sıcaklık kontrollü hidrolik preste (Şekil 1) kompo-zit plakaların üretimi yapılmıştır. Üretilen plakalar ASTM D 3039 standartlarına göre kesilmiştir. Dokuma tipi jüt/polyes-ter kompozitin mekanik özellikleri Uşak Üniversitesi’nde bu-lunan 50kN kapasiteli UTEST çekme-basma cihazında 1mm/dak. hızda ve oda sıcaklığında belirlenmiştir.

2.2 Metot

2.2.1 Yüzey Modifikasyon İşlemi

80x100cm2 boyutlarında kesilen dokuma tipi jüt kumaşların yüzeyindeki kir, selüloz ve lignini uzaklaştırmak için kumaş-

Şekil 1. Zaman ve Sıcaklık Kontrollü Hidrolik Pres

Page 3: JÜT LİFİ TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN ... · lifi takviyeli polyester kompozitin ara yüzey etkileşimini ge-liştirerek tabakalar arası kayma gerilmesini

Cilt: 55 Sayı: 649

Cilt: 55Sayı: 649Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina46 47

Jüt Lifi Takviyeli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin Yüzey Modifikasyon İşlemiyle İyileştirilmesi Narin Karabulut, Mehmet Aktaş

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5

ÇEK

ME

(N)

Uzama (mm)

%0%5%10%15

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5

ÇE

KM

E Y

ÜK

Ü(N

)

Uzama (mm)

%0%5%10%15

Şekil 6. Dokuma Tipi Jüt/Polyester Kompozitin (a) Fiber ve (b) Fibere Dik Yöndeki Çekme Yükü-Uzama Grafikleri

(a)

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

BASM

A Y

ÜK

Ü (N

)

Uzama (mm)

%0%5%10%15

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

BASM

A Y

ÜK

Ü (N

)

Uzama (mm)

%0%5%10%15

(a) (b)

(a) (b)

Şekil 7. Dokuma Tipi Jüt/Polyester Kompozitin (a) Fiber ve (b) Fibere Dik Yöndeki Basma Yükü-Uzama Grafikleri

ğerlerinde ise sırasıyla %4 azalma, %14 artma ve %16 artma gözlemlenmiştir (Şekil 6b).

Basma deneyi sonucunda %0 (işlemsiz), %5, %10 ve %15 oranlarında NaOH ile yüzey işlemine maruz kalmış dokuma tipi jüt/polyester numunelerin fiber ve fibere dik yöndeki bas-ma yükü-uzama grafikleri Şekil 7’de verilmiştir. Fiber yönün-deki basma yükü-uzama grafiği incelendiğinde maksimum ve minimun yük değerlerinin sırasıyla %5 (2369N) ve %10’luk (1702N) numunelerde meydana geldiği rahatça görülebilir. Fiber yönündeki maksimum ve minimum uzama değerleri ise sırasıyla %0 (3,76mm) ve %10’luk (3,36 mm) numunelerde

oluşmuştur. İşlemsiz (%0) numunelerin yük (2031N) ve uza-ma (3,76mm) değerleri referans alındığında %5’lik numune-nin yük değerinin %17 arttığı ve uzama değerinin %7 azaldı-ğı, %10’luk numunenin yük değerinin %16 azaldığı ve buna karşın uzama değerinin %11 azaldığı, %15’lik numunenin yük değerinin %11 azaldığı ve uzama değerinin %9 azaldı-ğı gözlenmiştir (Şekil 7a). Fibere dik yöndeki basma yükü-uzama grafiği incelendiğinde ise maksimum yük değerlerinin %0 (4776N), %5 (4702N) ve %10 (4761N) için yaklaşık aynı olduğu buna rağmen uzama değerleri sırasıyla 3,58mm, 4,28 mm ve 4,61mm olduğu görülmüştür. %15’lik numunelerin

3. SONUÇ VE TARTIŞMA

Bu çalışmada, belirli NaOH oranlarında (%0, %5, %10 ve %15) yüzey modifikasyon işlemi yapılmış dokuma tipi jüt kumaşlar ve polyester reçineden oluşan tabakalı kompozitlere mekanik özelliklerine yüzey modifikasyon işleminin etkisi in-celenmiştir. Çekme ve basma deneylerinde her bir özellik için yedişer numune deneye tabi tutulmuş ve elde edilen sonuçla-rın ortalaması alınmıştır. Dokuma tipi jüt/polyester kompozit-lerin üretim sonrasında yapılan ölçümler sonucunda işlemsiz (%0) tabakalı kompozitin ağırlıkça fiber hacim oranının %46 olduğu tespit edilmiştir. %5, %10 ve %15 oranlarında NaOH ile işlem görmüş yapıların fiber hacim oranlarının işlemsiz numunelere göre fiber hacim oranı sırası ile %4, %11 ve %13 azalmıştır (Tablo 1).

%0, %5, %10 ve %15 oranlarında NaOH ile yüzey işlemine maruz kalmış dokuma tipi jüt/polyester numunelerin fiber ve fibere dik yöndeki çekme yükleri altında göstermiş olduğu çekme yükü-uzama grafiği Şekil 6’da verilmiştir. Şekil 6a’dan görüleceği gibi işlemsiz (%0) dokuma tipi jüt/polyester kom-pozit minimum yük değerine (3780N) sahip olmasına rağmen uzama değeri (2,13mm) %15 NaOH ile işlem görmüş numu-nenin uzama değeri hemen hemen aynıdır. %15’lik numune-nin çekme yükü maksimum (4484N) çıkmıştır. Maksimum ve minimum uzama değerleri ise sırası ile %5’lik (2,27mm) ve %10’luk (1,97mm) numunelerde meydana gelmiştir. %5, %10 ve %15 NaOH oranıyla işlem görmüş dokuma tipi jüt/polyester numunelerin uzama değerlerinde işlemsiz numune-lere göre sırası ile %7 artma, %8 azalma ve %1 artma gözlem-lenmiştir. Fiber yönüne dik yönde kesilen numuneler çekme yüklemesine tabi tutulduğunda ise maksimum ve minimum yük ve uzama değerleri sırası ile %15 (2306N ve 1,76mm) ve %5’lik (1824N ve 1,45mm) numunelerde ortaya çıkmış-tır. İşlemsiz (%0) numune (2126N ve 1,51mm) referans alın-dığında %5, %10 ve %15’lik numunelerin yük değerlerinde sırasıyla %14 azalma, %2 azalma ve %8 artma, uzama de-

sahip UTEST çekme-basma cihazında 1mm/dak. çekme hı-zında belirlenmiştir. Altı tabakadan oluşan dokuma tipi jüt/polyester kompozit numunelerin çekme çenelerine yerleştiril-mesi (Şekil 4a) ve çekme deneyleri sonrası numune hasarları (Şekil 4b-d) Şekil 4’te verilmiştir.

Basma Deneyi Dokuma tipi jüt/polyester kompozitlerin fiber (XB) ve fibere dik yönde (YB) kesilen 100mm boyutlarındaki basma deneyi numuneleri ASTM D 3410 standardına göre sırası ile 7mm ve 12,7mm genişlikte kesilmiştir. Basma deneyi sırasında nu-munelerin burkulmadan hasara uğraması için basma çeneleri arası mesafe 12,7mm olarak seçilmiştir (Şekil 5a). Basma de-neyleri oda sıcaklığında 1mm/dak. basma hızında ve 50kN kapasiteli UTEST çekme-basma cihazında yapılmıştır. Basma deneyi sonucunda dokuma tipi jüt/polyester deney numunele-rinde Şekil 5b-c’de görüldüğü gibi burkulma meydana gelme-diği, tabakaların birbiri üzerinden kaydığı gözlemlenmiştir. Bu da basma deneyi şartlarının uygun olduğunu göstermek-tedir [9,10].

Şekil 5. (a) Basma Deney Düzeneğine Basma Numunelerinin Yerleştirilmesi, (b) Fiber ve (c) Fibere Dik Yönde Basma Deneyi Sonrası Numune Hasarları

(a) (b) (c)

NaOH(%)

Ağırlıkçafiber hacim oranı (%)

E1(MPa)

E2

(MPa)E45

(MPa)XÇ

(MPa)YÇ

(MPa)XB

(MPa)YB

(MPa)

0 46 6726 6491 4825 37 35 96 79

5 44 7678 7419 4997 46 40 103 90

10 41 8988 8619 5017 42 52 109 87

15 40 8595 8352 5163 94 27 107 105

Tablo 1. Dokuma Tipi Jüt/Polyester Kompozitin Mekanik Özellikleri

Page 4: JÜT LİFİ TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN ... · lifi takviyeli polyester kompozitin ara yüzey etkileşimini ge-liştirerek tabakalar arası kayma gerilmesini

Cilt: 55 Sayı: 649

Cilt: 55Sayı: 649Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina48 49

Jüt Lifi Takviyeli Kompozitlerin Mekanik Özelliklerinin Yüzey Modifikasyon İşlemiyle İyileştirilmesi Narin Karabulut, Mehmet Aktaş

NaOH ile işlem görmüş numunelerin fiber yönündeki çekme dayanımları sırası ile %24, %14 ve %154 oranında artmıştır. Fibere dik yöndeki çekme dayanımları ise işlemsiz (35MPa) numuneye göre %5 ve %10’luk numuneler için sırasıyla %14 ve %49 artış gösterirken %15’lik numunede %23 oranında azalma görülmüştür (Tablo 1 ve Şekil 9a). Dokuma tipi jüt/polyester kompozitin NaOH oranına bağlı olarak basma daya-nımları fiber (XB) ve fibere dik (YB) yönde sırasıyla 96MPa ve 79MPa değerindedir. İşlemsiz numuneler referans alındığında %5, %10 ve %15’lik numuneler için fiber yönünde sırasıyla %7, %14 ve %11 ve fibere dik yönde ise sırasıyla %14, %10 ve %33 arttığı gözlenmiştir.

Sonuç olarak; NaOH oranı arttıkça dokuma tipi jüt/polyes-ter kompozit numunelerin ağırlıkça fiber hacim oranının %46’dan (%0 NaOH) %40’a (%15 NaOH) düştüğü göz-lenmiştir (Tablo 1). Tabakalı kompozit malzemelerde fiber hacim oranı düştükçe mekanik özelliklerinin de düşmesi beklenmektedir. Ancak jüt kumaşların NaOH ile işleme tabi tutulması yüzeylerinde bulunan ve yapışmasını engelleyen kir, selüloz ve lignin miktarının azalmasına ve dolayısıyla jüt kumaşlar ile polyester reçinenin yapışma oranının artmasına neden olur. Bu da altı tabakadan oluşan dokuma tipi tabakalı jüt/polyester kompozitlerin mekanik özelliklerinin iyileşme-sini sağlamıştır.

TEŞEKKÜR

Bu çalışmanın yürütülmesindeki desteklerinden dolayı yazar-lar Uşak Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinas-yon Birimine (Proje No:2012/TP019, 2012-2013) teşekkür ederler.

KAYNAKÇA

1. Joshi, S.V., Drzalı, L.T., Mohanty, A.K., Arora, S. 2004. “Are Natural Fiber Composites Environmentally Superior to Glass Fiber Reinforced Composites?” Composite Part A, vol. 35, no. 3, p. 371-376.

2. Liu, X.Y., Dai, G.C. 2007. “Surface Modification and Mic-

romechanical Properties of Jute Fiber Mat Reinforced Poly-propylene Composites,” Express Polymer Letters, vol. 1, no. 5, p. 299-307.

3. Seki, Y. 2009. “Innovative Multifunctional Siloxane Treat-ment of Jute Fiber Surface and Its Effect on The Mechanical Properties of Jute/Thermoset Composites,” Materials Science and Engineering A, vol. 508, p. 247-252.

4. Sever, K., Sarıkanat, M., Seki, Y., Erkan, G., Er-doğan, U.H. 2010. “The Mechanical Properties of C-Methacryloxypropyltrimethoxy Silane-treated Jute/Pol-yester Composites,” Journal of Composite Materials, vol. 44, no. 15, p. 1913-1924.

5. Park, J.M., Kim, P.G., Jang, J.H., Wang, Z., Hwang, B.S., De Vries, K.L. 2008. “Interfacial Evaluation and Durability of Modified Jute Fibers/Polypropylene Composites Using Micromechanical Test and Acoustic Emission,” Composite Part B, vol. 39, p. 1042-1061.

6. Seki, Y., Sarıkanat, M., Sever, K., Erden, S., Gulec, H.A. 2011. “Effect of The Low and Radio Frequence Oxygen Plas-ma Treatment of The Jute Fiber on Mechanical Properties of Jute Fiber/Polyester Composite,” Fibers and Polymers, vol. 11, no. 8, p. 1159-1164.

7. Khan, J.A., Khan, M.A., Islam, R., Gafur, A. 2010. “Mec-hanical, Thermal and Interfacial Properties of Jute Fabric-Reinforced Polypropylene Composites: Effect of Potassium Dichromate,” Materials Science and Applications, vol. 1, p. 350-357.

8. Aktas, M., Karakuzu, R. 2009. “Determination of Mecha-nical Properties of Glass-Epoxy Composites in High Tempe-ratures,” Polymer Composites, vol. 30, no. 10, p. 1437-1441.

9. Aktaş, M., Balcıoğlu, H.E., Külahlı, G. 2013. “Strain Rate Effects on Tensile and Compressive Behaviour of Woven-Knitting Glass/Epoxy Composites,” Advanced Composite Letters, vol. 22, no. 1, p. 13-19.

10. Shokrieh, M.M., Omidi, M.J. 2009. “Compressive Respon-se of Glass–Fibre Reinforced Polymeric Composites to Incre-asing Compressive Strain Rates,” Composite Structures, vol. 89, p. 517–523.

yük değeri (4063N) minimum iken uzama değeri (4,70mm) maksimum çıkmıştır (Şekil 7b).

Dokuma tipi jüt/polyester kompozitin NaOH oranına bağlı olarak elastisite modüllerinin değişimi Şekil 8’de verilmiştir. İşlem görmemiş (%0) numune için fiber yönündeki elastisi-te modülü (E1) 6726MPa olarak elde edilmiştir. %5, %10 ve %15 NaOH oranlarında işlem görmüş numunelerin elastisite modülleri ise işlemsiz numunenin elastisite modülüne göre sırasıyla %14, %34 ve %28 oranında arttığı gözlemlenmiş-tir. Fibere dik yöndeki elastisite modülü (E2) işlemsiz numu-ne için 6491MPa değerinde iken %5, %10 ve %15 NaOH ile işlem görmüş numunelerde ise sırasıyla %14, %33 ve %29 kadar artmıştır. Fiber yönü 45° olan numunelerde ise elastisite modülü (E45 ) işlemsiz (%0) dokuma tipi jüt/polyester numu-

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 5 10 15

Mod

ulus

of

Ela

stic

itiy

(MPa

)

NaOH (%)

E1 E2 E45

(a) (b)

15

30

45

60

75

90

105

120

0 5 10 15

Bas

ma

Muk

avem

eti (

MPa

)

NaOH Oran (%)

Fiber yönündeFibere dik yönde

15

30

45

60

75

90

105

120

0 5 10 15

Çek

me

Muk

avem

eti (

MPa

)

NaOH Oran (%)

Fiber yönündeFibere dik yönde

Şekil 8. Dokuma Tipi Jüt/Polyester Kompozitin NaOH Oranına Bağlı Olarak Elastisite Modüllerinin Değişimi

(a) (b)

Şekil 9. Dokuma Tipi Jüt/Polyester Kompozitin NaOH Oranına Bağlı Olarak (a) Çekme ve (b) Basma Dayanımlarının Değişimi

neler için 4825MPa iken %5, %10 ve %15’lik numunelerde işlemsiz numunelere göre sırasıyla %4, %4 ve %7 kadar artış gözlenmiştir.

Dokuma tipi tabakalı jüt/polyester kompozitin NaOH oranına bağlı olarak çekme ve basma dayanımlarındaki değişim gra-fiksel olarak Şekil 9’da verilmiştir. Fiber yönündeki çekme dayanımlarında (XÇ) %0-%5 aralığında artış %5-%10 aralı-ğında azalma ve tekrar %10 değerinden sonra artış gözlenmiş-tir. Fibere dik yöndeki çekme dayanımında (YÇ) ise %0-%10 aralığında artış, %10 değerinden sonra azalma görülmüştür (Şekil 9a). Benzer davranış hem fiber yönündeki hemde fibere dik yöndeki basma dayanımlarında gözlenmiştir (Şekil 9b). İşlemsiz dokuma tipi jüt/polyester kompozitin fiber yönünde-ki çekme dayanımı 37MPa iken %5, %10 ve %15 oranlarında