Biyokarbonla güçlendirilmiş PLA`nın üretimi ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Almanya'nın 4 farklı bölgesinden alınmış buğday samanlarından piroliz yöntemi kullanılarak biyokarbon üretilmiştir. Üretilen biyokarbon parçacıkları biyo-bazlı bir polimer olan polilaktit asit (PLA)'in yapısal ve tribolojik özelliklerini iyileştirmek amacıyla, 3D baskı ile şekillendirmede kullanılmak üzere üretilen 1.75 mm çapındaki polilaktit filamentlerine hacimce %5, %15 ve %30 oranında başarıyla entegre edilmiştir. Biyokarbon takviyeli PLA'nın tribolojik özelliklerinin araştırılması amacıyla, 3D baskı yöntemi kullanılarak bu filamentlerden numuneler üretilmiştir. Raman spektroskopisi sonuçları, farklı bölgelerden alınan biyokütlelerin düzlem içi kristalit boyutunun hemen hemen aynı olduğunu ve 2.35 ± 0.02 nm'ye eşit olduğunu göstermiştir. Optik ve elektron tarama mikroskop görüntüleri, PLA içinde biyokarbon parçacıklarının çok homojen bir şekilde dağıldığını göstermiştir. Sürtünme katsayısı, takviye edilmemiş PLA ve daha düşük partikül takviyeli PLA kompozitlere (%5 ve %15) kıyasla, % 30 hacim takviyeli PLA için daha kararlıdır. Bu etki, hacimce %30 oranında biyokarbon takviye edilmiş PLA'nın yüzeyindeki boşluk oluşumuna bağlı topografik etkilerden kaynaklanmıştır. 3D baskılı biyokarbonla güçlendirilmiş PLA kompozitlerin tribolojik testleri sonucu, aşınma direncinin daha yüksek hacimdeki biyokarbon oranıyla arttığı görülmüştür.

In this study, biocarbon was produced from pyrolysis method from wheat straws from 4 different regions of Germany. The produced biocarbon particles have been successfully integrated into polylactide filaments of 1.75 mm in diameter by 5%, 15% and 30% by volume in order to improve the structural and tribological properties of polylactic acid (PLA), a bio-based polymer. In order to investigate the tribological properties of biocarbon reinforced PLA, samples from this filaments using 3D printing method were produced. The results of the Raman spectroscopy show that the in plane crystallite size of the biomass taken from different regions is approximately the same and is equal to 2.35 ± 0.02 nm. Optical and electron scanning microscope images showed that the biocarbon particles in the PLA were distributed very homogeneously. The friction coefficient is more stable for 30% volume reinforced PLA compared to lower particle reinforced PLA (5% and 15%) and unreinforced PLA composites. This effect is due to topographic effects depend on formation of voids on the surface of 30% by volume biocarbon reinforced PLA. Tribological testing results of 3D printed biocarbon reinforced PLA composites has shown that wear resistance increases with the higher volume biocarbon ratio.