A research on the use of enset woven fabric structures for the applications of sound absorption and biodegradable composite material development

Abstract

Tekstil endüstrilerindeki yeni gelişmeler, boyutsal stabilite, su emicilik, nefes alabilirlik gibi tekstil kumaşları ve bitim özelliklerinin performansını geliştirmektedir. Tekstil liflerinin yapıları ve özellikleri; kompozitlerin yanı sıra iplikler, kumaşlardan oluşan malzemelerin mekanik özellikleri üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Uzun süredir metaller, en çok tercih edilen yapı malzemeleri olarak kullanılmıştır. Bununla beraber; insanların hızla büyüyen talepleri, araştırmacıları yüksek spesifik mukavemet ve elastisite modülüne sahip yeni kompozit malzemelerin geliştirilmesine itmiştir. Petrokimya ürünleri, sadece çevre dostu olmayan ürünler olmayıp aynı zamanda üretim, kullanım ve atıkların yok edilmesi süresince ciddi sağlık problemlerini oluşturmaktadır. Son zamanlarda araştırmacılar ve üreticiler, yeşil kompozit uygulamalar için yaprak, gövde ve meyvelerden özütü elde edilen doğal lif takviyeli kompozit malzemeler üzerinde araştırmalarını odaklamıştır. Doğal lifler, doğada bol miktarda bulunur, hafif, düşük maliyetli ve konvansiyonel lifler içerisinde iyi mekanik mukavemete sahip olan yenilenebilir doğal malzemelerdir. Doğal kaynaklardan elde edilen takviye ve matriks elemanları olarak kullanılan sentetik lifler ve reçinelerin yeri, kompozit malzeme sektörlerindeki ekonomiksel, sağlık sorunları ve çevresel problemleri önlemesine iyi alternatiftir. Bu doktora tezi çalışmasında, hafif nitelikli yapı uygulamaları için mekanik özelliklerinin geliştirilmesi ile yenilikçi tekstil kumaşları takviyeli yeşil kompozit malzemelerin karakterizasyonu ve araştırması üzerine odaklanılmıştır. Tekstil kumaşları, bu çalışmada takviye elemanları olarak kullanılmıştır. Yeni biyoreçine elemanları, 75:25, 70:30, 65:35, 60:40, 55:45 and 50:50 gibi çeşitli oranlarla Akasya tortillas ve Bosveliya papirifera karışımıyla hazırlanmıştır. Dokuma kumaş konstrüksiyonu ve çok katlı kumaş takviyeli yeşil kompozit malzemelerin, mekanik ve akustik performansları çalışılmıştır. Ayrıca nano lifler, α-amilaz enzim ön terbiyesi ve mekanik öğütmeyle üretilmiştir. Bu nanolifler; yüksek boyutsal stabilite, spesifik mukavemet, daha geniş yüzey alanı ve biyobozunabilir ürünler gibi benzersiz özelliklere sahip daha gelişmiş tekstil yapılarının üretilebilmesi için kullanılacaktır.

The rapid developments of technology in textile industries have been improving the performance of textile fabrics and finishing properties such as durability, water replants and breathability. The natures and properties of textile fibers have a major impact on the physical and mechanical properties of materials made from them such as yarns, fabrics as well as composites. For a long period of times, metals have been used as the most preferred structural materials. However the rapid growing and unlimited demands of human being have pushed researchers to innovate new materials called composite materials, having high specific strength and stiffness. Petrochemical based composite materials are not only non-ecofriendly products but also they bring a serious health problems during their manufacturing, usage and waste disposals. Recently, researchers and manufacturers have focused on natural fiber reinforced materials obtained from leaf, bast and fruit for green composite applications. Natural fibers are abundantly available, light weight, low cost and renewable with good mechanical strength. Substituting of commercially used synthetic fibers and resins by naturally existing resources as a reinforcing material and matrix are the best alternative to overcome economic, health hazard and environmental problems in composite manufacturing sectors. This Ph.D dissertation focuses on the investigation and characterization of novel textile fabric reinforced green composite materials and enhancing their mechanical properties for light weight structural as well as sound absorption applications. Enset woven fabrics were used as reinforcing materials for this study. A new bio resin material was prepared by mixing separately prepared acacia tortillas and frankincensepapyrifera bio resins at different ratios such as 75:25, 70:30, 65:35, 60:40, 55:45 and 50:50. Mechanical and sound absorption performance of enset fabric reinforced bio composites was studied with special reference to bio resin preparation ratio and number of fabric layer. Also, enset nano fibers were manufactured by α-amylase enzyme treatment and mechanical hammering using enset fibers and enset fabrics. These nano fibers would be used to produce more advanced textile structures having unique properties such as higher weight to strength ratio, large surface area and bio-degrability.