Kompozit Takviye Malzemesi Olarak Kenevir Lifi İşlenmesine Genel Bir Bakış

Abstract

Kenevir bitkisi, yenilenebilir bir doğal kaynak olarak sahip olduğu fiziksel, kimyasal ve çevresel özelliklerle geniş bir kullanım alanı sunmaktadır. Bu çalışma, kenevir liflerinin fiziksel ve mekanik özelliklerini, kimyasal bileşimlerini ve farklı sektörlerdeki uygulamalarını incelemekte, aynı zamanda bu liflerden üretilen kompozit (karma) malzemelerin avantajları, dezavantajları ve çevresel etkilerine odaklanmaktadır. Kenevir lifleri, yüksek mukavemet, düşük yoğunluk ve biyobozunur özellikleriyle inşaat, otomotiv, havacılık ve tekstil gibi çeşitli endüstrilerde çevre dostu bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Kenevir tarımı, hızlı büyüme döngüsü, düşük su ve kimyasal ihtiyaçlarıyla ekolojik sürdürülebilirliği desteklemekte ve karbon ayak izini azaltmada önemli bir rol oynamaktadır. Liflerin yüksek selüloz içeriği ve lignin yapısı, onları dayanıklı ve elastik malzemeler için ideal bir bileşen haline getirmektedir. Ancak, kenevir liflerinin standartlaştırılmasındaki zorluklar, su alma hassasiyeti ve nem etkisi, bu malzemelerin üretiminde teknik sınırlamalar yaratmaktadır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için yüzey modifikasyon teknikleri ve enzimatik saflaştırma gibi yenilikçi yaklaşımlar geliştirilmektedir. Kenevir lifli kompozitler, düşük enerji tüketimi ve geri dönüştürülebilir yapıları sayesinde sürdürülebilir üretim süreçlerine önemli katkılar sağlamaktadır. Kompozitler yoluyla kenevir liflerinin sentetik malzemelerle birleştirilmesi, hafif ve yüksek performanslı malzeme çözümleri sunarak otomotiv ve havacılık gibi sektörlerde kullanım alanını genişletmektedir. Ayrıca, kenevir liflerinin termal ve akustik yalıtım özellikleri, enerji verimliliğini artırmakta ve özellikle yapı sektöründe sürdürülebilir çözümler sunmaktadır. Kenevir lifleri, çevresel etkilerin azaltılmasında, enerji verimliliğinin artırılmasında ve döngüsel ekonominin desteklenmesinde stratejik bir malzeme olarak dikkat çekmektedir. Bu araştırma, kenevir liflerinin potansiyelini ve bu doğal kaynağın geleceğin çevre dostu malzemelerinden biri olarak sahip olduğu rolü detaylı bir şekilde ele almayı amaçlamaktadır. Gelecekte, lif kalitesinin standartlaştırılması, yeni üretim tekniklerinin geliştirilmesi ve kompozitlerin performans optimizasyonu gibi alanlarda yapılacak araştırmalar, kenevir liflerinin endüstriyel uygulamalardaki kullanımını daha da artıracaktır.

Keywords

• Kenevir
• Lif
• Saflaştırma
• Kompozit
• Sürdürülebilirlik

An Overview of Hemp Fiber Processing as Composite Reinforcement Material

Abstract

The hemp plant, as a renewable natural resource, offers a wide range of applications due to its physical, chemical, and environmental properties. This study examines the physical and mechanical properties of hemp fibers, their chemical composition, and their applications in various industries, while also focusing on the advantages, disadvantages, and environmental impacts of composite materials produced from these fibers. Hemp fibers stand out as an eco-friendly alternative in industries such as construction, automotive, aerospace, and textiles due to their high strength, low density, and biodegradable properties. Hemp cultivation supports ecological sustainability with its rapid growth cycle, low water and chemical requirements, and plays a significant role in reducing carbon footprints. The high cellulose content and lignin structure of the fibers make them an ideal component for durable and elastic materials. However, challenges in standardizing hemp fibers, moisture sensitivity, and water absorption create technical limitations in their production. Innovative approaches such as surface modification techniques and enzymatic purification are being developed to overcome these challenges. Hemp fiber composites contribute significantly to sustainable production processes due to their low energy consumption and recyclable nature. The combination of hemp fibers with synthetic materials in composites offers lightweight and high-performance material solutions, expanding their use in sectors such as automotive and aerospace. Additionally, the thermal and acoustic insulation properties of hemp fibers enhance energy efficiency, providing sustainable solutions, particularly in the construction sector. Hemp fibers are gaining attention as a strategic material for reducing environmental impacts, improving energy efficiency, and supporting the circular economy. This research aims to explore the potential of hemp fibers and their role as one of the future's eco-friendly materials in detail. Future research in areas such as standardizing fiber quality, developing new production techniques, and optimizing the performance of composites will further expand the industrial applications of hemp fibers.

Keywords

• Hemp
• Fiber
• Degumming
• Composite
• Sustainability

References

1. Ahmed, A.T.M.F., Islam, Z., Mahmud, S., Sarker, E., Islam, R. (2022). Hemp as a potential raw material toward a sustainable world: A review. 8(1), e08753. doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e08753
2. Ahmed, N. T. (2024) Otomotiv endüstrisinde karbon elyaf uygulamaları ile ilgili gelişmeler ve sürdürülebilirlik yaklaşımları. Yüksek Lisans Tezi. Pamukkale Üniversitesi, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
3. Akın, G. (2016). Kabak çekirdeği yağındaki aktif bileşenlerin HPLC ve GC-MS ile tayini ve incelemesi. Yüksek Lisans Tezi. Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Kimya Anabilim Dalı, Türkiye
4. Baydar, E. (2016). Farklı Dolgu Maddeli Pvc Kompozit Malzemelerinin Üretimi ve Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Selçuk Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
5. Biberoğlu, E. (2022). Bazalt ve karbon elyaf yüzeylerinin farklı reçinelerle kaplanması ve betonda kullanımın incelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Türkiye
6. Browning, B.L. (1967). Methods of Wood Chemistry. Cilt II, Interscience Publishers John Wiley Sons
7. Cheng, L., Wang, Q., Feng, X., Duan, S., Yang, Q., Zheng, K., Peng, Y. (2018). Screening a bacterium and its effect on the biological degumming of ramie and kenaf. Scientia Agricolar 75 (5), 375–380. doi.org/10.1590/1678-992x-2017-0108 Cherrett, N., Barrett, J., Clemett, A., Chadwick, M. and Chadwick, M. J. (2005). Ecological Footprint and Water Analysis of Cotton, Hemp and Polyester. Report prepared for and reviewed by BioRegional Development Group and World Wide Fund for Nature – Cymru. Stockholm Environment Institute Report. 13 December 2005
8. Çetkin, E. (2019). Determination of Tensile Strength of Jute Reinforced Polymer Matrix Composites Bonded in Different Overlap Lengths. Uluslararası Bilim ve Mühendislik Sempozyumu, 20-22 Haziran, Siirt Üniversitesi, Siirt.

9. Deepa, B., Abraham, E., Cherian, B.M., Bismarck, A., Blaker, J.J., Pothan, L.A., Kottaisamy, M. (2011). Structure, morphology and thermal characteristics of banana nano fibers obtained by steam explosion. Bioresources and Technology 102 (2), 1988–1997.
10. Eşkil, G. (2022). Narkotik niteliği taşıyan kenevir bitkisinin coğrafi özellikleri ve Çorum'daki türlerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Hitit Üniversitesi, Adli Bilimler Anabilim Dalı, Türkiye
11. Eti, Ö. (2017). Alkali, asidik ve enzimatik yüzey işlemlerinin sisal lifi takviyeli termoplastik esaslı kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine etkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi. Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
12. Faiz, A., Md Islam Z., Md Sultan M., Md Emdad S., Md Reajul I. (2022). Hemp as a potential raw material toward a sustainable world: A review Heliyon 8(1), e08753 doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e08753
13. FAO (2024). Food and Agriculture Organization of the United Nations.Available Erişim Adresi: https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL/visualize (accessed on 12 Mart 2024).
14. Gizlenci Ş., Acar M., Yiğen Ç., Aytaç S. (2019). Kenevir Tarımı. Tarım ve Orman Bakanlığı, TAGEM, Karadeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü yayını, 2019 Samsun
15. Göre, M., Kurt, O. (2020) Bitkisel üretimde yeni bir trend: Kenevir. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 4(1), 138-157.
16. Gulyaev, A.P. (1937). Improved methods of heat treating high speed steels to improve the cutting properties. Metallurgy 12, 65-70.
17. Hernaiz, M.j., Perona, A., Hoyos, P. ve Angeles, F. (2020). Current Challenges and Future Perspectives in the Sustainable Mechanochemical Transformations of Carbohydrates, doi: 10.1039/D0GC00901F
18. Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S., ve Staiger, M. P. (2012). A critical review of all-cellulose composites Erişim Aderesi: http://link.springer.com/10.1007/s10853-011-5774-3 Doi: 10.1007/s10853-011-5774-3
19. İlhan, P. (2007). Çay tohumu yağının biyodizel üretiminde değerlendirilmesi. Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği, Türkiye
20. Kabira M.M., Wanga H., Laua K.T., Cardonaa F. (2013). Effects of chemical treatments on hemp fibre structure Applied Surface Science 276, 13–23. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.02.086
21. Kalaycı, E. (2017). Ananas liflerinin ön terbiyesinin araştırılması, Yuksek Lisans Tezi. Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
22. Kandemir, Y., Varol, T., ve Aslan, M. (2023). Silah gövdeleri için geliştirilen polimer kompozit malzemeler için çok kriterli karar verme yöntemleri ile doğal takviye malzemesinin seçimi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 13(4), 911-926.
23. Korkmaz, A. A., ve Önal, Y. (2022). Kenevir atiklarinin karbonizasyonu ve aktif karbon eldesi. Konya Journal of Engineering Sciences, 10(1), 29-39.
24. Kurtuldu, E., ve İşmal, Ö. E. (2019). Sürdürülebilir Tekstil Üretim ve Tasarımında Yeniden Değer Kazanan Lif: Kenevir. 12(24), 694-718, doi.org/10.21602/sduarte.624485
25. Kutun Kızmaz, A. (2023). Otomotiv sektörüne yönelik odun plastik kompozit malzemelerin tribolojik özelliklerinin incelenmesi Yüksek lisans tezi, Tarsus Üniversitesi, Otomotiv Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
26. Kazmi, M.Z.H., Karmakar, A., K. Michaelis,V., J. Williams, F., (2019). Separation of cellulose/hemicellulose from lignin in white pine sawdust using boron trihalide reagents, doi: https://doi.org/10.1016/j.tet.2019.02.009
27. Li, C., Liu, S., Song, Y., Nie, K., Ben, H., Zhang, Y., Jiang, W. (2020). A facile and eco- friendly method to extract Apocynum venetum fibers using microwave-assisted ultrasonic degumming. Industrial Crops Production, 151. doi.org/10.1016/j. indcrop.2020.112443.
28. Liu M., Anne S. Meyer, Dinesh Fernando, Diogo Alexandre Santos Silva, Geoffrey Daniel, Anders Thygesen (2016). Effect of pectin and hemicellulose removal from hemp fibres on the mechanical properties of unidirectional hemp/epoxy composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 90(11), 724-735.
29. Liu, J., Guan, Z., Li, Z., (2018). Application of cryogenic and mechanical treatment in degumming of hemp stems. Biosys. Eng. 174, 144–152. doi.org/10.1016/j. biosystemseng.2018.07.007.
30. Lu, N., Oza, S. (2013). A comparative study of the mechanical properties of hemp fiber with virgin and recycled high density polyethylene matrix, Composites Part B: Engineering, 45(1), 1651-1656, doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.09.076
31. Lyu P., Zhang Y., Wang X., Hurren C. (2021). Degumming methods for bast fibers - A mini review. Industrial Crops and Products 174, 114158.
32. Manian A.P., Cordin M., Pham T. (2021). Extraction of cellulose fibers from flax and hemp: a review Cellulose 28, 8275–8294.
33. Mert, M., Çopur, O. (2010). Lif Bitkileri Üretiminin Artırılması Olanakları. Türkiye Ziraat Mühendisliği VII. Teknik Kongresi, 11-15 Ocak 2010, Ankara, Bildiriler Kitabı-1, 397-421.
34. Musio, S., Müssig, J., Amaducci, S. (2018). Optimizing Hemp Fiber Production for High Performance Composite Applications. Frontier in Plant Science 9, 1702. doi:10.3389/fpls.2018.01702.
35. Muzammal R., Shah F., Guanghui D., Xia C., Yang Y., Kailei T., Lijun L., Fei-Hu L., Gang D. (2021). Evaluation of hemp (Cannabis sativa L.) as an industrial crop: a review. Environmental Science and Pollution Research 28, 52832-52843, doi.org/10.1007/s11356-021-16264-5
36. Mwaikambo, L.Y., Ansell, M.P. (2002). Chemical modification of hemp, sisal, jute, and kapok fibers by alkalization. Journal of Applied Polymer Science 84(12), 2222–2234.
37. Okçuer, T. H. (2021). Endüstriyel kenevirden kompozit malzeme geliştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi. Aksaray Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı.
38. Onay, A., Haspolat, Y. K., Türken, A. (2021). Endüstriyel Kenevir Tohumlarının Proteinleri, Yağları ve Bir Besin Kaynağı Olarak Potansiyel Kullanımları, 813-839, Orient yayınları.
39. Özdemir, M. ve Dilsiz, N. (2022). Improvement of Mechanical and Thermal Properties of Graphene, Carbon Nanotube and Carbon Nanofiber Reinforced Nanocomposites, 10. International Fiber and Polymer Research Symposium, İstanbul, Türkiye, 60-62.
40. Pala, İ. (2015). Tekstil lifleri ile takviyelendirilmiş kompozit malzemelerin ürün tasarımında kullanılması. Yüksek lisans tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Endüstri Ürünleri Tasarımı Anabilim Dalı, Türkiye Pinsard, L., Revol, N., Pomikal, H., De Luycker, E., Ouagne, P. (2023). Production of Long Hemp Fibers Using the Flax Value Chain. Fibers 11(5), 38. doi.org/10.3390/fib11050038
41. Poyraz, A. Ö., ve Cüce, H. (2020). Yüksek toplam organik karbon (Tok) içerikli atık çamurların foto-fenton prosesi ile stabilizasyonun araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
42. Sachelaru, A.G. (2016). Isolation of Cellulose Fibers from Hemp for Textile Industry. Yüksek LisansTezi, Groningen University, Groningen, The Netherlands.
43. Santamala, H., Livingston, R., Sixta, H., Hummel, M., Skrifvars, M., Saarela O. (2016) Advantages of regenerated cellulose fibres as compared to flax fibres in the processability and mechanical performance of thermoset composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 84(5) 377-385 doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.02.011
44. Stevulova, N.; Cigasova, J.; Estokova, A.; Terpakova, E.; Geffert, A.; Kacik, F.; Singovszka, E.; Holub, M. (2014). Properties Characterization of Chemically Modified Hemp Hurds. Materials 7, 8131–8150
45. Syafri, E., Kasim, A., Abral, H., Asben, A. (2019). Cellulose nanofibers isolation and characterization from ramie using a chemical-ultrasonic treatment. Journal of Natural Fibers. 16 (8), 1145–1155. doi.org/10.1080/15440478.2018.1455073).
46. Teke, A. A. (2022). Deneysel Giysi Tasarımında Biyomateryallerin Olanakları Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi, Güzel Sanatlar Enstitüsü, Türkiye.
47. TUİK (2025) Türkiye İstatistik Enstitüsü. Erişim adresi: https://www.tuik.gov.tr/ Erişim tarihi: 21.03.2025
48. URL-1 (2025). Cotton. Erişim tarihi: 21.03.2025. Erişim adresi: https://tradingeconomics.com/commodity/cotton.
49. URL-2 (2025). Clean Hemp Bast Fiber Per Pound. Erişim tarihi 21.03.2025. Erişim adresi: https://bulkhempwarehouse.com/clean-hemp-bast-fiber-per-pound/.
50. URL-3 (2025). Kenevir Yetiştiriciliği ve Kontrolü Hakkında Yönetmelik. Erişim tarihi: 21.03.2025. Erişim adresi: https://resmigazete.gov.tr/eskiler/2016/09/20160929-3.htm.
51. URL-4 (2025). Kenevir Araştırmaları Enstitüsü. Erişim tarihi: 21.03.2025. Erişim adresi: https://kenevirens.omu.edu.tr/tr.
52. Van Der Werf, H., Mathussen, E.W.J.M., Haverkort, A.J. (1996). The potential of hemp (Cannabis sativa L.) for sustainable fibre production: a crop physiological appraisal, Annals of Applied Biology 129(1) August 109-123.
53. Vandepitte, K.; Vasile, S.; Vermeire, S.; Vanderhoeven, M.; Van der Borght, W.; Latré, J.; De Raeve, A.; Troch, V. (2020). Hemp (Cannabis sativa L.) for high-value textile applications: The effective long fiber yield and quality of different hemp varieties, processed using industrial flax equipment. Industrial Crops Production 158, 112969
54. Vitoşoğlu, Y., ve Şengül, T. (2023). Zeminlerin Mühendislik Özelliklerinin Doğal ve Sentetik Lifler Kullanılarak İyileştirilmesi, Geoteknik Mühendisliğinde Yenilikçi Araştırmalar 167-226
55. Wang, B., Sain, M. ve Oksman, K. (2007). Study of Structural Morphology of Hemp Fiber from the Micro to the Nanoscale. Appl Compos Mater 14, 89–103. doi.org/10.1007/s10443-006-9032-9
56. Yamanci, H. (2014). Termofilik Aspergillus fumigatus 2101’den pektinaz enziminin saflaştırılması ve karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
57. Yavaş, M. O. (2009). Hafif silahlara karşı bireysel savunma amaçlı kompozit malzeme tasarımı ve balistik dayanımı, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
58. Zimniewska, M. (2022). Hemp Fibre Properties and Processing Target Textile: A Review. Materials 15(5), 1901, doi.org/10.3390/ma15051901