Sustainable automotive part production by assessing the performance of waste-derived graphenes and talc adopting life cycle assessment
Atık kaynaklı grafenlerin ve talkın performansını yaşam döngüsü analizi ile birlikte değerlendirerek sürdürülebilir otomotiv parça üretimi
- Tez No: 855634
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Otomotiv sektörü, olağanüstü dayanım-ağırlık oranları ve bunun sonucunda ortaya çıkan yakıt verimliliği avantajları nedeniyle, stratejik olarak hafif ve çevre dostu kompozitler giderek daha fazla tercih etmektedir. Doğal bir mineral olan talk ve polipropilen (PP), otomotiv endüstrisinde, öncelikle kompozit malzemelerin üretiminde bileşen olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Talk dolgulu PP kompozitler enjeksiyon kalıplama yoluyla otomotiv iç/dış parça üretiminde yaygın olarak kullanılırken, talkın nispeten yüksek sertliği, yüksek yoğunluğu, düşük darbe dayanımından ve geri dönüştürülmesinin zorluğundan kaynaklanan bazı dezavantajları bulunmaktadır. Öte yandan, grafen malzemelerinin, özellikle işlenebilirlikleri sayesinde üretim maliyetlerini düşürerek termoplastik endüstrisinde ticari uygulamalarda kullanılmasına yönelik artan bir talep vardır. Bu tez çalışması, atık PP kaynağından talk üzerinde büyütülen grafen ve ve atık lastiklerden ileri dönüşüm yöntemi ile elde edilen grafen nanoplakaların termoplastik işleme süreçlerinde katkı malzemesi olarak potansiyel kullanımını ve mekanik bütünlüğü koruyarak üretilen parçaların seri üretimde kullanılan parçaya kıyasla parça performans özelliklerini araştırmaktadır. Bu bağlamda, kompaund formülasyonu geliştirilerek, yüksek kesme hızındaki karıştırıcıyla ölçek büyütülerek, cam önü ızgara (dış) ve orta direk üst (iç) olmak üzere seçilen iki parçanın enjeksiyonla kalıplanması ve parça performans testleri ile bütün bir değer zinciri incelenmiştir. Mekanik performans analizlerine dayanarak, %9 mikron ölçekli talk, GNP ve hibrit katkı maddesi ile geliştirilen kompaund formülasyonu, %10 ağırlık azalması sağlayarak homoPP matrisinde eğme ve çekme mukavemetinde %32 ve %22 oranında önemli artışlar sağlamıştır. Seri üretimde %15 talk içere iç trim parça için, yüksek kesme hızındaki karıştırıcı ile homoPP/kopoPP matrisinde %4 mikron talk, GNP ve hibrit katkı maddesi kullanılarak kompaund formülasyonu geliştirilmiştir. Sistematik bir Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi çalışmasıyla, işlenmemiş homoPP ve kopoPP'nin, kaynağı tam olarak bilinmeyen mekanik olarak geri dönüştürülmüş atık PP ile değiştirilmesiyle, sırasıyla seçilen dış parçada %55 ve iç parçada %95 oranında CO2 azaltımı sağladığı anlaşılmıştır. Sonuç olarak, bu araştırma ile geri dönüştürülmüş termoset ve termoplastik malzemeler kullanılarak, otomotiv üreticilerinin ihtiyaçlarının sürdürülebilir yaklaşımla yenilikçi formülasyonlarla karşılanarak uygun işleme ve etkili ağırlık azaltımı sağladığını ortaya konulmuştur.
Özet (Çeviri)
The automotive sector is increasingly opting for lightweight and environmentally friendly composites strategically, owing to their exceptional strength-to-weight ratios and resulting fuel efficiency advantages. Talc, a naturally occurring mineral, and polypropylene (PP) are commonly used in the automotive industry, primarily as components in the manufacturing of composite materials. While talc-filled PP composites are widely used for automotive interior/exterior part production by injection moulding, there are some drawbacks stemming from the relatively high hardness, high density, and low impact strength of talc and its difficulty in recycling. On the other hand, there is a growing demand to utilize graphene materials in the thermoplastic industry, especially in commodity applications by lowering manufacturing costs with its ease of processability. The present thesis explores the potential usage of graphene derived from waste PP grown on talc and graphene nanoplatelet obtained from waste tires by upcycling processes to be utilized as reinforcing agents in thermoplastic processing by keeping mechanical integrity and part performance properties same compared to the part used in serial production. The whole value chain was examined by developing compound formulation, scaling up with a high shear mixer, and injection moulding of the selected two plastic parts, the exterior part of the glass front grill and B pillar interior, with part performance tests. Regarding the mechanical performance analysis, the developed compound formulation having 9 wt.% micron scale talc with GNP and hybrid additive for the exterior part yielded substantial enhancements of 32% and 22% in flexural and tensile strength in HomoPP matrix by achieving 10% weight reduction. For the interior part, the compound was successfully produced by using 4 wt.% talc together with GNP and hybrid additive in the blended HomoPP/CopoPP matrix using a high shear mixer. Successful formulation development was provided for the interior part having 15 wt.% talc in CopoPP used in mass production exhibiting 52% and 38% increases in flexural and tensile strength, respectively. With a systematic Life Cycle Assessment (LCA) study, CO2 reduction was provided by 55% for the exterior part and 95% for the interior part by replacing virgin HomoPP and CopoPP, respectively, with mechanically recycled waste PP originally unknown. As a result, this research illustrated the convenient processing and effective reduction in weight by employing recycled thermoset and thermoplastic materials, meeting the automotive manufacturers' requirements through innovative formulations with a sustainable approach.
Benzer Tezler
- Kentsel doku ile otomobil bağımlılığı ilişkisinin sürdürülebilir ulaşım açısından değerlendirilmesi
Evaluation of the relationship between urban pattern and car dependency in terms of sustainable urban mobility
KÜBRA KALOŞ ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN SERDAR KAYA
- A novel optimization model for sustainable life cycle design: Circular economy case study in the automotive industry
Sürdürülebilir yaşam döngüsü tasarımı için özgün bir optimizasyon modeli: Otomotiv endüstrisinde döngüsel ekonomi vaka çalışması
GÜLSELİ İŞLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DERYA EREN AKYOL
- Otomotiv sektöründe parça kontrolü için yapay zekâ destekli yazılım geliştirilmesi
Development of ai-supported software for part inspection in the automotive industry
ONUR ARDIÇ
Doktora
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKÇEN ÇETİNEL
- Sanayide sıfır karbondioksit salınımı için model geliştirilmesi ve otomotiv üretim endüstrisine uygulanması
Model development for zero carbon dioxide emission in the industry and application on the automotive production sector
İSMET HABİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NESRİN ALTINSOY
- Enerji depolamada yenilikçi karbon yapılı esnek yüzeylerin üretimi ve analizi
Production and analysis of novel carbon structured flexible surfaces for energy storage applications
ESRA ŞERİFE KILIÇ
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR