Yüksek Sıcaklık Uygulamalarında Kullanılmak Üzere Kimyasal İşlemden Geçirilmiş Hibrit Jüt - Keten Doğal Kompozitlerin Geliştirilmesi

Doğal fiberleri içeren kompozit malzemeler günümüzde daha popüler hale gelmekte, bununla birlikte bu malzemeler endüstride geniş uygulama alanları bulmaktadır. Doğal fiberlerin biyo uyumluluk, düşük maliyet, kolay bulunabilirlik ve çevreye duyarlılık gibi avantajları bulunmaktadır. Bazı doğal fiberler bitkilerden elde edilirken, bazıları da ağaçlardan elde edilebilmektedir. En çok kullanılan doğal fiberler jüt, keten, sisal, bambu ve ramidir. Doğal fiberlerden kompozit malzeme üretmek için hem termoset hem de termoplastik reçineler kullanılabilmektedir. Bu deneysel çalışmada, epoksi reçine kullanılarak jüt ve keten fiber kumaşlar kullanılarak hibrit bir kompozit malzeme üretilmiştir. Çalışmanın ilk etabında, fiberler % 5 alkali içeren bir çözelti içerisinde fiberlerin mekanik özelliklerini artırmak amacıyla kimyasal işleme tabi tutulmuşlardır. Fiberlerin yangın dayanımını artırmak için iki farklı kimyasal kullanılmıştır; amonyum sülfat ve diamonyum fosfat. Bu iki kimyasal madde kullanılarak ilki % 20 amonyum sülfat içeren jüt fiberi kimyasal işleme tabi tutmak için bir çözelti, ikincisinde ise % 10 diamonyum fosfat içeren keten fiberi kimyasal işleme tabi tutmak için bir başka çözelti hazırlanmıştır. Epoksi reçine elle yatırma yöntemiyle her iki numuneye uygulanmış, sıcak pres kullanılarak da kürleşme işlemi gerçekleştirilmiştir. Üretilen numunelerin sertlik, kalınlık ve kütleleri ölçülerek ardından yangın deneyi gerçekleştirilmiştir. Alev alabilirlik, ısı dağılımı ve numune yüzeylerinin ulaştığı sıcaklık değerleri gibi çeşitli parametreler incelenmiştir. Düşük alevlenebilirlik, düşük ısı dağılımı ve düşük sıcaklık gibi değerler amonyum sülfat ve diamonyum fosfat ile kimyasal işleme tabi tutulmuş numunelerin yüzeylerinde gözlemlenmiştir.

Development of Chemically Treated Hybrid Jute - Flax Natural Composites for Elevated Temperature Applications

Composite materials utilizing natural fibers are becoming more popular and have a broad range of usage in theindustry. Natural fibers come from nature and they have many advantages which are low cost, easily available andenvironmentally friendly. Some natural fibers are obtained from plants while others could be obtained from trees.Commonly used natural fibers are jute, flax, sisal, bamboo and ramie. In order to produce composite materialsfrom natural fibers, both thermoset and thermoplastic resins can be used. In this experimental study, epoxy resinwas combined with jute and flax woven fibers to obtain hybrid composites. Firstly, fibers were treated with asolution containing 5 % alkaline to improve the mechanical properties of the fibers. Two different chemicals wereused to improve the fire resistance of the fibers namely ammonium sulfate and diammonium phosphate. Twodifferent solutions were prepared for this purpose; a solution containing 20% of ammonium sulfate was preparedfor the treatment of jute fiber and another solution containing 10% of diammonium phosphate was prepared forthe treatment of flax fiber. The epoxy was applied to both samples by hand layup method and the curing wascarried out by using the hot press. The hardness, thickness and mass of the produced samples were measured anda fire experiment was carried out. Several parameters such as flammability, heat distribution and temperature ofthe sample surfaces were investigated. Low flammability, low heat distribution and low temperature propertieswere observed on the surfaces of the samples which were chemically treated by using ammonium sulfate anddiammonium phosphate.

PDF

___

[1] Saheb N., Jog J. 1999. Natural Fiber Polymer Composites: A Review, Adv. in Polymer Technology, 2329 (July): 351-363.
[2] Salmeia K.A., Jovic M., Ragaisiene A., Rukuiziene Z., Milasius R., Mikucioniene D., Gaan S. 2016. Flammability of Cellulose – Based Fibers and the Effect of Structure of Phosphorus Compounds on Their Flame Retardancy, Polymers, 8 (293): doi:10.3390/polym8080293.
[3] Alves C., Ferrao P.M.C., Silva A.J., Reis L.G., Freitas M., Rodrigues L.B., Alves D.E. 2010. Ecodesign of automotive components making use of natural jute fiber composites, Journal of Cleaner Production, 18: 313-327.
[4] Statheropoulos M., Kyriakou S.A. 2000. Quantitative thermogravimetric‐mass spectrometric analysis for monitoring the effects of fire retardants on cellulose pyrolysis, Anal. Chim. Acta, 409: 203-214.
[5] Yan L., Chouw N., Jayaraman K. 2014. Flax fibre and its composites – A review, Composites Part B, 56: 296-317.
[6] Yukseloglu S., Canoglu S. 2017. Leatherwork natural fibre composites: a review on flax fibers, Annals of the Oradea University Fascicle of Textiles, Leatherwork, pp. 137–142.
[7] Pickering K.L., Efendy M.G.A., Le T.M. 2016. A review of recent developments in natural fibre composites and their mechanical performance, Composites Part A, Appl. Sci. Manuf., 83: 98-112.
[8] Kabir M.M., Wang H., Lau K., Cardona F. 2012. Chemical treatments on plant-based natural fibre reinforced polymer composites: An overview, Composites Part B, 43 (7): 2883-2892.
[9] Mishra S., Mohanty A., Drzal L.T., Misra M., Parija S., Nayak SK. 2003. Studies on Mechanical Performance of Biofibre/Glass Reinforced Polyester Hybrid Composites, Journal of Composite Science and Technology, 63 (10): 1377-1385.
[10] Molaba T.P., Chapple S., John M.J. 2019. Flame retardant treated flax fibre reinforced phenolic composites: Ageing and thermal characteristics, Journal of Fire and Materials, 42 (1): 50-58.
[11] Samanta A.K., Roy R.B., Chowdhury R. 2015. Fire–retardant Chemical Finishing of Jute Fabric Using Sulfamate and Urea Mixture, AASCIT Journal of Materials, 1 (4): 98-110.
[12] Nunna S., Chandra P.R., Shrivastava S. 2012. A review on mechanical behavior of natural fiber based hybrid composites, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 31 (11): 759-769.