Evaluation of Mechanical Properties of E-Waste Reinforced Polymer Composites Using the Ultrasonic Pulse Velocity Method

Abstract

The present study aims to evaluate the quality of e-waste-added polymer composite samples, produced using the plastic parts of electronic waste (e-waste) and intended for use as active and/or passive base insulators, using the non-destructive ultrasonic pulse velocity (UPV) method. For this purpose, composite samples were prepared by adding e-waste plastics with grain sizes of 0-2 mm, 2-4 mm, 4-8 mm into unsaturated poliester-styrene copolymer at rates of 10%, 20%, 30%, 40% and 50% by weight. These samples were subjected to curing periods of 3, 7, 14, and 28 days. P-wave velocity values (Vp) were determined for each sample using the UPV method. Additionally density, elastic modulus values and dynamic shear moduli were calculated. Laboratory test results indicated that as curing time increased, dynamic shear modulus, elastic modulus, and P-wave velocity increased, while increasing e-waste content decreased dynamic shear modulus, elastic modulus, and P-wave velocity. It was observed that the sample with the highest dynamic shear modulus and elasticity modulus values in the e-waste added samples belonged to the e-waste-added polymer composite with 10% e-waste ratio and 0-2 mm grain size in the 28-day curing period.

Keywords

• Ultrasonic pulse velocity (UPV)
• E-waste reinforced composites
• unsaturated polyester resin
• mechanical/elastic properties
• passive seismic isolation

E-Atık Katkılı Polimer Kompozitlerin Ultrasonik Darbe Hızı Yöntemiyle Mühendislik Özelliklerinin Belirlenmesi

Abstract

Çalışmada, elektronik atıkların (e-atık) plastik kısımları kullanılarak üretilen ve aktif ve/veya pasif taban izolatörü olarak kullanılması düşünülen e-atık katkılı polimer kompozit numunelerinin tahribatsız yöntem olan ultrasonik darbe hızı (UPV) yöntemi ile kalitesinin takip edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, doymamış poliester-stiren kopolimeri içerisine ağırlıkça %10, %20, %30, %40 ve %50 oranlarında tane boyutu 0-2 mm, 2-4 mm, 4-8 mm olan e-atık plastikleri ilave edilerek kompozit numuneler hazırlanmıştır. Bu numuneler 3, 7, 14 ve 28 günlük kür sürelerine tabi tutulmuştur. UPV yöntemi ile her bir numune için P-dalga hızı değerleri (Vp) belirlenmiştir. Ayrıca yoğunluk ve elastisite modülü değerleri ile dinamik kayma modülleri hesaplanmıştır. Laboratuvar deney sonuçlarına göre, kür süresi arttıkça dinamik kayma modülünün, elastisite modülünün ve P- dalga hızının arttığı, ayrıca e-atık oranının artması ile dinamik kayma modülü, elastisite modülü ve P- dalga hızının azaldığı belirlenmiştir. E-atık ilave edilen numunelerde en yüksek dinamik kayma modülü ile elastisite modülü değerine sahip numunenin 28 günlük kür süresinde %10 e-atık oranı ve 0-2 mm tane boyutuna sahip e-atık katkılı polimer kompozit numune olduğu gözlenmiştir.

Keywords

• Ultrasonik darbe hızı (UPV)
• E-atık katkılı kompozit
• doymamış poliester reçine
• mekanik/elastik özellikler
• pasif sismik yalıtım

References

1. Aghaei, H., Penkov, G. M., Solomoichenko, D. A., Toorajipour, A., Petrakov, D. G., Jafarpour, H., & Ghosh, S. (2023). Density-dependent relationship between changes in ultrasonic wave velocities, effective stress, and petrophysical-elastic properties of sandstone. Ultrasonics, 132, 106985.
2. Ajalloeian, R., Jamshidi, A., & Khorasani, R. (2020). Assessments of ultrasonic pulse velocity and dynamic elastic constants of granitic rocks using petrographic characteristics. Geotechnical and Geological Engineering, 38(3), 2835-2844.
3. Artuk F. (2023). Kohezyonsuz zeminde e-atıklı polimer kazıklı temel sistemlerinin düşey yük altındaki davranışının incelenmesi. (Doktora Tezi), Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
4. Baldé C.P., Angelo E.D., Luda V., Deubzer O. and Kuehr R. (2022). Global Transboundary E-Waste Flows Monitor 2022. United Nations Institute for Training and Research (UNITAR), Bonn, Germany, [Online]. Available:https://ewastemonitor.info/wp-content/uploads/2022/06/Global-TBM_webversion_june_2_pages.pdf
5. Brantut, N., & David, E. C. (2019). Influence of fluids on VP/VS ratio: increase or decrease?. Geophysical Journal International, 216(3), 2037-2043.
6. Çelebi, E., Fırat, S., Beyhan, G., Çankaya, İ., Vural, İ., & Kırtel, O. (2009). Field experiments on wave propagation and vibration isolation by using wave barriers. Soil dynamics and earthquake engineering, 29(5), 824-833.
7. Çelik, S. B. ve Çobanoğlu, İ. (2019). Denizli travertenlerinde P ve S dalga hızları ile bazı fiziksel ve tek eksenli sıkışma dayanımı özellikleri arasındaki ilişkilerin araştırılması. Politeknik Dergisi, 22(2), 341-349.
8. Clemente, P. (2017). Seismic isolation: past, present and the importance of SHM for the future. Journal of Civil Structural Health Monitoring, 7(2), 217-231.

9. Dong, Y., & Lu, N. (2016). Dependencies of shear wave velocity and shear modulus of soil on saturation. Journal of Engineering Mechanics, 142(11), 04016083.
10. Düzgün O.A. and Zaimoğlu A.Ş. (2018). Üç boyutlu zemin-yapı sistemlerinde aktif yöntemlerle titreşim izolasyonu sağlanabilirliğinin araştırılması. Technological Applied Sciences, 13(2): 108-121.
11. Dvorkin, J. (2008). Rock Physics Notes. Stanford University, Department of Geophysics. URL: https://pangea.stanford.edu/~jack/JD_Course_2008b.pdf (Accessed date: May 14, 2026).
12. Ekin, N. (2020). Betonların Elastik Modül Hesabında Poisson Oranının Önemi. Journal of Advanced Research in Natural and Applied Sciences, 6(2), 239-252.
13. Forti V., Baldé C.P., Kuehr R. and Bel G. (2020). The Global E-waste Monitor (2020). Quantities, flows and the circular economy potential, United Nations University (UNU)/United Nations Institute for Training and Research (UNITAR) -SCYCLE Programme, International Telecommunication Union (ITU) & International Solid Waste Association (ISWA), Bonn/Geneva/Rotterdam. URL: https://ewastemonitor.info/wp-content/uploads/2020/11/GEM_2020_def_july1_low.pdf (Accessed date: May 14, 2026).
14. Karaman, K., Cihangir, F., Erçıkdı, B., & Kesimal, A. (2010). Killi-Karbonatli Kayaçlarda Numune Uzunluğunun Ultrasonik P-Dalga Hizi Üzerindeki Etkisi. Bilimsel Madencilik Dergisi, 49(4), 37-45.
15. Keçeli, A. (2012). Sismik Hızlar ile Saptanabilen Zemin Parametreleri. Jeofizik Dergisi, 26(1), 17-29.
16. Kocaman, İ., Kazaz, İ. ve Özkaya, G. S. (2020). Yığma Kemer Köprülerde Kullanılan Malzeme Özelliklerinin Tahribatsız Yöntemlerle Belirlenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 22(66), 671-680.
17. Kurt Albayrak Z.N. (2014). Laboratuvarda geliştirilen nanokil-kompozitlerin bazı geoteknik özelliklerinin deneysel olarak araştırılması. (Doktora Tezi), Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
18. Kurtuluş, C., & Çakır, Ş. (2009). İzmit Formasyonlu (ALt Triyas) Kumtaşlarının Fiziksel Özelliklerinin P-Dalga Hızı Ölçümleri ile Belirlenmesi. Uygulamalı Yerbilimleri Dergisi, 8(1), 18-24.
19. Mirkelam Z.A. ve Derdiman M.K. (2007). Kauçuk izolatör kullanılarak binaların depremsel performansının geliştirilmesi, 1st ed., Fakülte Kitabevi, Isparta.
20. Özçelik, E. ve Gelişli, K. (2018). Betonarme Yapilarda Jeofizik Yöntemlerle Beton Kalitesi Ve Yapi Donati Durumunun Araştirilmasi. Uygulamalı Yerbilimleri Dergisi, 17(1), 1-11.
21. Ozdemir, M. A., & Cakir, F. (2025). Mechanical Properties and Performance Assessment of Polymer Concretes. Applied Sciences, 15(20), 11216.
22. Öziçer, S. ve Uyanık, O. (2017). Beton Dayaniminin Yerinde P Dalga Hizindan Belirlenmesi Ve İzmir Örneği. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 9(1), 1-16.
23. Pekgökgöz, R. K., İzol, G., Avcil, F. ve Gürel, M. A. (2018). Şanlıurfa Ulu Cami Minaresi Yapı Taşının Elastisite Modülünün Ultra-sonik Test Cihazı Kullanılarak Belirlenmesi. Harran Üniversitesi Mühendislik Dergisi, 3(1), 35-45.
24. Sabbağ, N. ve Uyanık, O. (2018). Doygun betonların statik ve dinamik elastik parametrelerinin karşılaştırılması. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(3), 1181-1189.
25. Şengel, H. S., Erol, H., ve Yavuz, E. (2009). Sismik izolasyon tekniği ve kullanılışına ilişkin örnek uygulama. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 22(2), 165-178.
26. Tezcan, S., Keçeli, A., & Özdemir, Z. (2010). Zemin ve kayaçlarda emniyet gerilmesinin sismik yöntem ile belirlenmesi. Tübav Bilim Dergisi, 3(1), 1-10.
27. Ullah, Z., Qureshi, M. I., Ahmad, A., Khan, S. U., & Javaid, M. F. (2021). An experimental study on the mechanical and durability properties assessment of E-waste concrete. Journal of Building Engineering, 38, 102177. Uyanık, O., & Çatlıoğlu, B. (2015). Sismik Hızlardan Yoğunluğun Belirlenmesi. Jeofizik, 17, 3-15.
28. Uyanık, O., Sabbağ, N., Uyanık, N. A., & Öncü, Z. (2019). Prediction of mechanical and physical properties of some sedimentary rocks from ultrasonic velocities. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78(8), 6003-6016.
29. Uyanık, O., Şenli, G., & Çatlıoğlu, B. (2013). Binalarin Beton Kalitesinin Tahribatsiz Jeofizik Yöntemlerle Belirlenmesi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 5(2), 156-165.
30. Wang, T., Deng, W., Wang, H., & Yu, C. (2025). Automated ultrasonic testing for near-surface flaws in CFRP. Nondestructive Testing and Evaluation, 40(3), 968-987.
31. Zamanpour, A., Asakereh, A., & Haddad, A. (2025). Non-Destructive Testing of Reinforced Clayey Sand Stabilized with Seashell Ash Using Ultrasonic Pulse Velocity Test. Transportation Infrastructure Geotechnology, 12(1), 8.
32. Zeb, A., Elçi, H., Akgün, A. ve Türk, N. (2017). Agregaların Ses Hızının Ultrasonik Titreşim İletim Tekniği ile Belirlenmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2), 162-174.