1 Temmuz 2014 Salı

Mimari uygulamalar için Yeşil Biyokompozitler

Yeşil termoset biyokompozitler






Yeşil biyokompozitler doğal elyaf ve biyo-esaslı matris bileşenlerinden oluşurlar. Bu biyo-esaslı matrisler ve endüstriyel doğal elyaf bileşenlerinden olan haşhaş, hint keneviri ve keten gibi malzemeler genelde ürün fiyatının artışına ve bununla birlikte de yeşil termoset biyokompozit pazarının sınırlanmasına sebep olur. Bu çalışmada alternatif doğal elyaf kaynaklarından elde edilebilecek, agro-elyaflar gibi (tarımsal bitki elyaf kalıntıları vb.) malzemelerin kullanılması öneriliyor ve uygulamaları gösteriliyor. Özellikle mimarı uygulamalar için hali hazırda bulunun termoset biyokompozitleri kullanarak çekici ürünler üretmek için en önemli anahtar ise yenilikçi ürün tasarımlarıyla modern mimari alanlar için yenilikçi çözümler oluşturmak.

Agro-elyaf termoset biyokompozitler


Ticari olarak, termoset biyokompozitler hala yaygın bir şekilde bulunmamaktadır. Buna rağmen, özellikle de termoset kompozitlerinin malzeme performanslarının termoplastiklere oranla üstünlükleri bilindiğinden dolayı bu tür kompozitlere karşı çok yüksek bir ilgi bulunmaktadır. Geleneksel konvansiyonel termoset kompozit endüstrisindeki üretim tekniklerine benzer olarak bu malzemeler için de açık kalıp, kapalı kalıp, vakum infüzyonu gibi yöntemler kullanılabilmektedir. Agro-elyaflardaki sınırlamalar ise göreceli olarak kısa elyaf uzunluklarından kaynaklanmaktadır çünkü geleneksel üretim teknikleri genel olarak uzun elyaflar ve kumaşlar için tasarlanmıştır. Biyobazlı termoset reçinelerin gibi biyo-esaslı reçinelerin uygulanmalarında yüksek geri kazanım sıcaklığı uygulama ile alakalı bir diğer limitasyon olarak ön plana çıkmaktadır.

Aşağıda belirtilen ürün tasarım örnek çalışmalarında, farklı türlerdeki agro-elyaf ve biyoreçineler farklı termoset kompozit teknikleri kullanılarak uygulandı. Ürün tasarım konseptleri istenilen mimari sonuca göre form, yüzey karakteri, doğal elyafın renk etkisi, pigment ve parlama katkısı gibi açılardan farklılık gösterdi.

Mimari için yeşil biyokompozitler - örnek çalışmalar


Birazdan okuyacağınız örnek çalışmalarda bu yazının yazarı ve Stuttgart Üniversitesi Mimari fakültesinin öğrencileri tarafından öğretim yılı boyunca yapılan derslerde tasarlanan ve üretilen ürünler gösterilmiştir. Ürünler %70'e kadar oranda farklı kaynaklardan elde edilen agro-elyaf bileşeni içermektedir. Yeşil biyokompozit tasarımında genel kriter agro-elyaf  ve biyoreçine dahil uygun malzeme seçimi ile birlikte işleme teknikleridir. Bütün bunlar tasarlanan ürünün ortaya çıkışını etkilemiştir (Resim 1).

Örnek Çalışma - 1 : TRAshell


Ürün Açıklaması

Tahıl samanı kısa elyaf ve bitki bazlı epoksi reçine (TRAshell) serbest-form iç ve dış mimari kaplama plakaları soğuk baskı kalıplaması ile işlendi.

Malzeme, tasarım ve üretim açıklamaları

Tahıl samanı, kızıl kahve hindistan cevizi ve siyah kömür külü orjinal renklerinde uygulandılar. Agro-elyaflar kesildikten sonra keten tohumu yağı bazlı epoksi reçine ile karıştırılarak oda sıcaklığında 24-48 saat sonunda sertleşti. Serbest formdaki paneller 3 boyutlu fiziksel eğikliği sağlamak amacıyla iki modul olarak (A ve B modülleri) tasarlandı ve Resim 2'de gösterildiği gibi birleştirildi. Kalıplar robot makinesi kullanılarak kazındı ve karışımlar farklı doğal elyaflar ve parlama pigmentleri kullanılarak kalıplandı (Resim 2-3).

Örnek Çalışma -2: BiOrnament 


Ürün Açıklaması

Renkli lazerle kesilmiş düz paneller (BiOrnament), elle işlenip açık kalıp yerleştirme (sıcak proses) tekniği ile iç ve dış mimari kaplama plakaları üretimi için işlendi.

Malzeme, tasarım ve üretim açıklamaları

Tasarım taslağı; düz paneller ayrı olarak üretildikten sonra, lazer kesim işlemi sonucunda elde edilen pozitif ve negatif kesim modellerine bağlı olarak motif uygulandı ve tekrarlandı. Ürün teması tekrar eden ve farklı renklendirmeler ile birlikte pozitif ve ya negatif kesilmiş olsun olmasın birlik içerisindeki ritim ve çeşitliliğe bağlıydı. Bu sebeple karışımlar en uygun ürün tasarımına göre renklendirildiler.

Tahıl samanı elyafı biyobazlı epoksi termoset polimeri ile bağlanıp, üç bileşeni oluşturdu. Bitki yağı bazlı (keten tohumu) epoksilenmiş trigliseritler, polikarboksilik asit anhidritleri (biyoetanol bazlı) ve katalizör ile karıştırıldı. Bu bileşik polimerizasyon için sadece ısı ile aktive edilebiliyordu. Bu sebeple kalıp düz metal plakalardan oluşuyordu (Resim 4).

Örnek Çalışma - 3: Light-24


Ürün Açıklaması

Boyanmış profil şeklindeki paneller (Light-24) elle yerleştirme açık kalıp tekniği (soğuk proses) kullanılarak iç ve dış mimari kaplama plakaları üretimi için işlendi.

Malzeme, tasarım ve üretim açıklamaları

Uzun ve doğal formları korunarak ve mat şeklinde bir araya getirilerek ve iki bileşenli biyoreçine ile oda sıcaklığında 24 saat içerisinde sertleştirerek palmiye elyafları uygulandı. Bu ay çiçeği esterlerinden ve çeşitli katkı içeren kaprolaktonlardan oluşan biyoreçine düşük akışkanlıklı vakumla kalıplanabiliyor. Siyah açık pigment toplam biyoreçine karışımına %2 oranında eklendi. Daha sonra elle yerleştirme yöntemiyle elyaflar reçine ile şuruplanarak birkaç katman halinde preslendi ve son olarak bir tane kalın katman haline getirildi (Resim 5).

Sonuçlar


Üretimi gerçekleştirilen yeşil biyokompozitler farklı iklim koşulları için 24 ay boyunca test edildi. Ayrıca mekanik olarak da test edildi. Sonuçlar tatmin edici oldu ve UV ışınlarına ve iklim koşullarına yüksek kararlılık gösterdi. Mekanik testler de yerel pazarlarda farklı mimari uygulamalar için kullanılan malzemeler ile karşılaştırılabilir değerler gösterdi. Bu durum da hali hazırda kullanılan malzemelerin ucuz doğal elyaflar ve biyoreçineler gibi yenilenebilir kaynaklı ürünler ile değiştirilebileceğini göstermektedir. Ek deneyler ve tasarımlar mimarlar, tasarımcılar ve malzeme mühendisleri tarafından yapıdığı takdirde daha çekici ekolojik biyokompozit ürünlerin de ortaya çıkabileceği görülmektedir.


Agro-elyafları kullanarak ve onları biyobazlı yenilenebilir kaynaklardan elde edilen matrislerde biyokompozit şeklinde uygulayarak, şimdikilerinden daha bile ucuz olabilecek ve yeterli performanslara sahip olan yeni pazarlar yaratılabilir. Bu da daha sürdürülebilir yaklaşımın bir temeli olabilir.