Investigation of the Effects of Banana and Rice Husk Powders on the Mechanical Properties of Polypropylene

Year 2024, Volume: 14 Issue: 3, 1310 - 1319, 01.09.2024

Elif Ulutaş , Münir Taşdemir

https://doi.org/10.21597/jist.1455636

Abstract

There is great interest in using natural materials in production, and this is due to ecological concerns. The two main pillars in developing natural composites are waste utilization and ensuring good economic returns. The biodegradability of natural fillers is one of the factors in expanding their use in natural fiber-reinforced composites. Naturally added composites, which are effectively used in different applications such as automotive, aviation, and maritime as well as design and construction industries, offer improved mechanical and tribological properties to the material. In the study where the mechanical effects of natural additives on the polymer were examined, waste banana peel powder and rice peel powder were added to polypropylene at different concentrations. After melt mixing of the components forming the composite, injection molding was performed. To determine the mechanical properties, tensile, hardness, Izod impact strength and density tests were carried out, and the microstructure examination of the composites was carried out with a scanning electron microscope. As a result of the studies, adding natural additives to the polymer caused the impact properties, elongation amount and tensile strength to deteriorate. In addition, with the increase in the reinforcement ratio, the density, hardness and elastic modulus of polymer composites increased.

Keywords

Polypropylene, Composite, Banana peel, Rice husk, Mechanical properties

Polipropilenin Mekanik Özelliklerine Muz ve Pirinç Kabuğu Tozlarının Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Üretimde doğal malzemelerin kullanımına büyük ilgi vardır ve bu durum ekolojik kaygılardan kaynaklanmaktadır. Atık değerlendirmesi ve iyi ekonomik getirilerin sağlanması, doğal kompozitlerin geliştirilmesindeki iki temel dayanaktır. Doğal dolgu malzemelerinin biyolojik olarak parçalanabilirliği, doğal elyaf takviyeli kompozitlerde kullanımlarının genişletilmesindeki faktörlerden biridir. Tasarım ve inşaat endüstrilerinin yanı sıra otomotiv, havacılık ve denizcilik gibi farklı uygulamalarda etkin bir şekilde kullanılan doğal katkılı kompozitler, malzemeye geliştirilmiş mekanik ve tribolojik özellikler sunmaktadır. Doğal katkıların polimer üzerindeki mekanik etkilerin incelendiği çalışmada atık muz kabuğu tozu ve pirinç kabuğu tozu polipropilen içerisine farklı konsantrasyonlarda ilave edilmiştir. Kompoziti oluşturan bileşenlerin eriyik olarak karıştırılmasının ardından enjeksiyonda kalıplama yapılmıştır. Mekanik özelliklerin belirlenmesi amacıyla çekme, sertlik, Izod darbe mukavemeti, yoğunluk testleri yapılmış olup kompozitlerin mikroyapı incelemesi taramalı elektron mikroskobu ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda polimere doğal katkı eklenmesi darbe özelliğinin, uzama miktarının ve kopma mukavemetinin bozulmasına neden olmuştur. Bunun yanı sıra takviye oranının artışıyla polimer kompozitlerin yoğunluğu, sertlik miktari ve elastiklik modülü artış göstermiştir.

Keywords

Polipropilen, Kompozit, Muz kabuğu, Pirinç kabuğu, Mekanik özellikler

References

• Adeniyi, A. G., Ighalo, J. O. ve Onifade, D. V. (2019). Banana and plantain fiber-reinforced polymer composites. Journal of Polymer Engineering, 39(7), 597-611. doi:10.1515/polyeng-2019-0085
• Altun, M., Karteri̇, İ. ve Güneş, M. (2017). Grafen katkılı odun-plastik nanokompozitlerinin elektromanyetik özellikleri ve elektromanyetik kalkanlama etkinliği karşılaştırmalı çalışması. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(1), 38-38. doi:10.17780/ksujes.304082
• Arjmandi, R., Hassan, A., Majeed, K. ve Zakaria, Z. (2015). Rice husk filled polymer composites. International Journal of Polymer Science, 2015, 1-32. doi:10.1155/2015/501471
• Asyraf, M. R. M., Syamsir, A., Zahari, N. M., Supian, A. B. M., Ishak, M. R., Sapuan, S. M., Rashid, M. Z. A. (2022). Product development of natural fibre-composites for various applications: design for sustainability. Polymers, 14(5), 920. doi:10.3390/polym14050920
• Ayrılmış, N., Taşdemir, M. ve Akbulut, T. (2017). Water absorption and mechanical properties of PP/HIPS hybrid composites filled with wood flour. Polymer Composites, 38(5), 863-869. doi:10.1002/pc.23647
• Balasuriya, P. W. ve Ye, L. (2001). Mechanical properties of wood flake-polyethylene composites. Part I: effects of processing methods and matrix melt flow behaviour.
• Barczewski, M., Sałasińska, K. ve Szulc, J. (2019). Application of sunflower husk, hazelnut shell and walnut shell as waste agricultural fillers for epoxy-based composites: A study into mechanical behavior related to structural and rheological properties. Polymer Testing, 75, 1-11. doi:10.1016/j.polymertesting.2019.01.017
• Deepan, S., Jeyakumar, R., Mohankumar, V. ve Manojkumar, A. (2023). Influence of rice husk fillers on mechanical properties of banana/epoxy natural fiber hybrid composites. Materials Today: Proceedings, 74(4), 575-580.
• Demi̇r, İ. ve Elmalı, M. (2020). Organik atıkların yapı malzemesi olarak kullanabilirliğinin araştırılması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(4), 1303-1311. doi:10.21923/jesd.781554
• Fuqua, M. A., Huo, S. ve Ulven, C. A. (2012). Natural fiber reinforced composites. Polymer Reviews, 52(3), 259-320. doi:10.1080/15583724.2012.705409
• Güçlüer, K. (2020). Polimer katkılı harçların mekanik ve elektriksel özdirenç özelliklerinin araştırılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(4), 1649-1654. doi:10.17798/bitlisfen.660610
• Jagadeesh, P., Puttegowda, M., Thyavihalli Girijappa, Y. G., Rangappa, S. M. ve Siengchin, S. (2022). Effect of natural filler materials on fiber reinforced hybrid polymer composites: An Overview. Journal of Natural Fibers, 19(11), 4132-4147. doi:10.1080/15440478.2020.1854145
• Kalia, S., Kaith, B. S. ve Kaur, I. (2009). Pretreatments of natural fibers and their application as reinforcing material in polymer composites—A review. Polymer Engineering & Science, 49(7), 1253-1272. doi:10.1002/pen.21328
• Kandemi̇r, 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 Enstitüsü Dergisi. doi:10.17714/gumusfenbil.1215620
• Karthi, N., Kumaresan, K., Sathish, S., Gokulkumar, S., Prabhu, L. ve Vigneshkumar, N. (2020). An overview: Natural fiber reinforced hybrid composites, chemical treatments and application areas. Materials Today: Proceedings, 27, 2828-2834. doi:10.1016/j.matpr.2020.01.011
• Kim, S.-J., Moon, J.-B., Kim, G.-H. ve Ha, C.-S. (2008). Mechanical properties of polypropylene/natural fiber composites: Comparison of wood fiber and cotton fiber. Polymer Testing, 27(7), 801-806. doi:10.1016/j.polymertesting.2008.06.002
• Koruyucu, A. ve Balaban, F. Ç. (2021). Muz kabuğu ekstraktının pamuk ve pamuk-poliester karışımlı kumaşlarda güç tutuşurluğa etkisinin incelenmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 14(2), 66-83.
• Mistik, S. İ. ve Merdan, N. (2011). Dokuma bazalt-cam ve fındık kabuğu takviyeli polimer kompozitlerinin eğilme dayanımı ve ısı geçirgenliklerinin incelenmesi. İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri, 10(20), 119-126.
• Mohammed, L., Ansari, M. N. M., Pua, G., Jawaid, M. ve Islam, M. S. (2015). A review on natural fiber reinforced polymer composite and ıts applications. International Journal of Polymer Science, 2015, 1-15. doi:10.1155/2015/243947
• Özsoy, N. (2015). Polimer esaslı fiber takviyeli kompozit malzemelerin tribolojik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi (Doktora Tezi) Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
• Prakash, S. O., Sahu, P., Madhan, M. ve Johnson Santhosh, A. (2022). A review on natural fibre-reinforced biopolymer composites: properties and applications. International Journal of Polymer Science, 2022, 1-15. doi:10.1155/2022/7820731
• Saba, N., Tahir, P. ve Jawaid, M. (2014). A review on potentiality of nano filler/natural fiber filled polymer hybrid composites. Polymers, 6(8), 2247-2273. doi:10.3390/polym6082247
• Salasinska, K. ve Ryszkowska, J. (2015). The effect of filler chemical constitution and morphological properties on the mechanical properties of natural fiber composites. Composite Interfaces, 22(1), 39-50. doi:10.1080/15685543.2015.984521
• Shalwan, A. ve Yousif, B. F. (2013). In state of art: Mechanical and tribological behaviour of polymeric composites based on natural fibres. Materials & Design, 48, 14-24. doi:10.1016/j.matdes.2012.07.014
• Sunmaz, A. N., Doğan, U. ve İrez, A. B. (2023). Ayçiçeği kabuğu takviyeli biyo-epoksi matrisli çevreci ve maliyet etkin kompozitlerin geliştirilmesi ve mekanik karakterizasyonu. International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences, 35(4), 494-503. doi:10.7240/jeps.1359961
• Syduzzaman, M., Al Faruque, M. A., Bilisik, K. ve Naebe, M. (2020). Plant-based natural fibre reinforced composites: a review on fabrication, properties and applications. Coatings, 10(10), 973. doi:10.3390/coatings10100973
• Taşdemir, M., Biltekin, H. ve Caneba, G. T. (2009). Preparation and characterization of LDPE and PP—Wood fiber composites. Journal of Applied Polymer Science, 112(5), 3095-3102. doi:10.1002/app.29650
• Taşdemi̇r, M. ve Kaştan, A. (2022). Zeytin çekirdeği tozu ilave edilmiş polipropilen kompozitinin mekanik özellikleri. Uluslararası Batı Karadeniz Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 4(1), 36-49.
• Taşdemi̇r, M. ve Şen, E. G. (2022). Polipropilen/üzüm sapı/çeltik polimer kompozitinin mekanik özelliklerinin atık cam elyaf ile geliştirilmesi. International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences, 34(1), 131-140. doi:10.7240/jeps.1041672
• Taşgın, Y. ve Kandemi̇r, S. (2023). Doğal elyaf takviyeli (jüt-keten-kenevir) kompozit malzemelerin mekanik ve metalografik olarak incelenmesi. International Journal of Pure and Applied Sciences, 9(2), 240-249. doi:10.29132/ijpas.1371357.