Araştırma özeti · KF-ARS-167
Kenevir şivesinden 3D yazıcı filamenti: iki kat sertlik, üç kez geri dönüşüm
Kenevir şivesi, lif ayrıldıktan sonra sapın odunsu kısmından kalan ve genellikle kenevir betonunda ya da hayvan altlığında kullanılan bir yan üründür. Yeni Zelanda'daki Waikato Üniversitesi, şiveyi toz yerine lif hâline getirip biyobozunur PLA plastiğiyle karıştırarak 3D yazıcı filamenti yaptı ve bu filamentin kaç kez geri dönüştürülebileceğini sınadı.
Tek cümlede bulgu
- Şive alkaliyle işlenip ağartıldı ve öğütülerek şerit biçimli lifler elde edildi.
- Lifler PLA ile %20, %30 ve %40 oranında karıştırılıp 1,75 mm çaplı filament çekildi; bütün filamentler 3D baskıya uygundu.
- %20 lifli numune 70 MPa ile en yüksek çekme dayanımını verdi; bu saf PLA'dan %8 fazlaydı.
- Sertlik (Young modülü) lif oranıyla arttı ve %40 lifte 7,1 GPa'ya, yani saf PLA'nın iki katına ulaştı.
- %20 lifli filament üç kez öğütülüp yeniden çekildikten sonra dayanımını yaklaşık %10 kayıpla korudu, sertliği değişmedi.
- Üç kez geri dönüştürülmüş filamentle vazo gibi nesneler basılabildi; geri dönüşüm ısıl özellikleri bozmadı.
Araştırma sorusu
Kenevir şivesinden elde edilen lifler PLA'ya katılarak 3D yazıcı filamenti yapılabilir mi; bu filament ne kadar güçlü olur ve kaç kez geri dönüştürülebilir?
Yöntem
Waikato Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nden M. D. H. Beg, Kim Pickering ve ekibi, Yeni Zelanda'da yetiştirilen kenevir saplarından şiveyi ayırdı. Şive 2-3 cm boyuna kesildi, sodyum hidroksit ve sodyum silikatla işlendi, hidrojen peroksitle ağartıldı ve öğütücüde liflerine ayrıldı. Lifler NatureWorks PLA ile çift vidalı ekstrüderde %20, %30 ve %40 oranında karıştırıldı, peletlendi ve tek vidalı filament makinesinde 1,75 mm çaplı filamente çekildi. Numuneler masaüstü 3D yazıcıda 210 °C'de basıldı. %20 lifli filament dört kez öğütülüp yeniden çekildi; her aşamada çekme testi, elektron mikroskobu, dinamik mekanik analiz ve ısıl analiz (TGA, DSC) yapıldı ve filamentten vazo basıldı.
Bulgular
Üç lif oranında da baskıya uygun filament üretildi. Çekme dayanımı en yüksek %20 lifli numunede ölçüldü: 70 MPa, saf PLA'dan %8 fazla. Lif oranı %30 ve %40'a çıkınca dayanım düştü, ama sertlik (Young modülü) artmaya devam etti ve %40 lifte 7,1 GPa ile saf PLA'nın iki katına ulaştı. Yazarlar bu sonucu şiveyi toz yerine lif hâlinde kullanmaya bağlıyor; daha önceki bir çalışmada şive tozu PLA'nın dayanımını düşürmüştü. Geri dönüşüm denemesinde %20 lifli filament üç kez öğütülüp yeniden çekildikten sonra dayanımını yaklaşık %10 kayıpla korudu, sertliği ise değişmedi. Isıl bozunma davranışı dört geri dönüşümden sonra da değişmedi. Üç kez geri dönüştürülmüş filamentle vazo basılabildi. Yazarlar kenevir şivesi lifinin PLA'yı güçlendirdiği ve bu kompozitin üç kez geri dönüştürülebildiği sonucuna varıyor.
Sınırlılıklar
Numuneler küçük, laboratuvar ölçeğinde basıldı. Lifli filamentler saf PLA gibi kırılgandı ve kırılganlık lif oranıyla arttı. Dördüncü geri dönüşümden sonra dayanım ve sertlik belirgin biçimde düştü ve filamentten nesne basılamadı; yani geri dönüşüm üç döngüyle sınırlı. Şivenin alkali ve ağartma işlemi kimyasal ve enerji gerektirir; maliyet ve çevresel yük hesaplanmadı. Çekme değerlerinin çoğu şekillerde verildiği için bu sayfada yalnızca metinde yazılı sayılar aktarıldı. Bu arşivde tam metin okundu.
| Ölçüm | Değer | Not |
|---|---|---|
| En yüksek çekme dayanımı | 70 MPa (%20 lif) | saf PLA'dan %8 fazla |
| En yüksek sertlik (Young modülü) | 7,1 GPa (%40 lif) | saf PLA'nın iki katı |
| 3 geri dönüşüm sonrası dayanım kaybı | yaklaşık %10 | %20 lifli filament |
| 3 geri dönüşüm sonrası sertlik | değişmedi | — |
| Basılabilir geri dönüşüm sayısı | 3 | 4. döngüde baskı yapılamadı |
Bu çalışmayı alıntıla
Beg, M. D. H., Pickering, K. L., Akindoyo, J. O. ve Gauss, C. (2024). Recyclable hemp hurd fibre-reinforced PLA composites for 3D printing.
Journal of Materials Research and Technology 33: 4439-4447. doi:10.1016/j.jmrt.2024.10.082
Sık sorulan sorular
Kenevirden 3D yazıcı filamenti yapılabilir mi?
Evet. Bu çalışmada kenevir şivesinden elde edilen lifler PLA ile karıştırılarak filament yapıldı. %20 lifli filament saf PLA'dan %8 daha dayanıklı, %40 lifli filament iki kat daha sert çıktı.
Kenevirli filament geri dönüştürülebilir mi?
Bu denemede %20 lifli filament üç kez öğütülüp yeniden çekildi ve dayanımını yaklaşık %10 kayıpla korudu. Üç kez geri dönüştürülmüş filamentle nesne basılabildi; dördüncü döngüde basılamadı.
Bu çalışmaya atıf yapan sayfalar
Aşağıdaki sayfalar bu araştırmaya atıf yapıyor.