Otomotiv sektörüne yönelik biyokompozit malzemelerin karakterizasyonu ve yapısal bir parça üzerinde uygulanması - Özyer, Tunahan (Bursa Teknik Üniversitesi, 2025)
Günümüzde otomotiv endüstrisi, araçların hafifletilmesi, maliyetlerin azaltılması ve tasarım esnekliğinin artırılması amacıyla polimer esaslı plastik malzemelere yönelmektedir. Ancak bu malzemelerin büyük çoğunluğu petrokimyasal kökenlidir ve doğada zor parçalanmaları ile üretim/bertaraf süreçlerinde yüksek çevresel etki yaratmaları nedeniyle sürdürülebilirlik açısından eleştirilmektedir. En yaygın kullanılan plastik türleri olan polipropilen (PP), poliüretan (PU) ve PVC'nin geri dönüşüm oranlarının düşüklüğü ve yüksek karbon ayak izi, sektörde alternatif malzeme arayışlarını gündeme getirmiştir. Bu doğrultuda uluslararası regülasyonlar, emisyon hedefleri ve üretici sorumluluklarını içeren çevresel yükümlülükler, sektörün çevre dostu ve sürdürülebilir malzemelere yönelmesini zorunlu kılmaktadır. Geri dönüştürülebilir ve doğada çözünebilen polimer matrisler ile doğal veya biyobazlı lif takviyeler içeren biyokompozitler, geleneksel plastiklere alternatif olarak değerlendirilmektedir. Bu malzemeler yalnızca çevreye duyarlılık açısından değil, aynı zamanda belirli mühendislik uygulamalarında yeterli mekanik ve termal performansı sunma potansiyelleri açısından da dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, otomotiv sektöründe kullanılmak üzere çevre dostu biyokompozit malzemelerin mekanik ve termal özelliklerinin sistematik olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Matris olarak polipropilen (PP) kullanılmış ve takviye malzemesi olarak jüt elyaf (%20) ile farklı oranlarda cam elyaf (%5, %10, %15) kombinasyonları denenmiştir. Toplamda dört farklı kompozit kombinasyonu hazırlanmıştır: %20 jüt (sadece jüt takviyeli), %15 jüt + %5 cam, %10 jüt + %10 cam ve %5 jüt + %15 cam. Kompozit numuneler ekstrüzyon ve enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle üretilmiştir. Standartlara uygun olarak üretilmiş olan numuneler üzerine mekanik (çekme, üç nokta eğme, darbe), termal (DSC, TGA, HDT) ve morfolojik (SEM) karakterizasyon testleri uygulanmıştır. Testlerin birçoğu ISO standartlarına uygun olarak gerçekleştirilmiş, varyantların teknik performansları çok boyutlu olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca jüt elyaf takviyeli malzeme için düşük hacimli bir elektrikli araçta ayna kapağı ve kapı eşiği uygulamaları gerçekleştirilmiş; üretim uygunlukları plastik enjeksiyon yöntemiyle test edilmiştir. Sadece doğal elyaf içeren varyant, sürdürülebilirlik açısından avantajlı olmakla birlikte, mekanik testlerde en düşük performansı göstermiştir. Cam elyaf katkısının %5 seviyesine çıkarılmasıyla, çekme dayanımında %21, eğme dayanımında %17 ve darbe dayanımında yaklaşık %36 oranında artış elde edilmiştir. Elyaf oranlarının eşit kullanıldığı %10 jüt + %10 cam elyaf içeren varyant, çekme dayanımında %33'lük bir artış ve HDT sıcaklığında 18 °C'lik yükselişle dengeli bir performans sunmuştur. En yüksek cam elyaf oranına (%15) sahip olan kompozit ise, 51 MPa seviyesinde çekme dayanımı ve 103 °C HDT sıcaklığıyla hem mekanik hem termal açıdan en yüksek değerleri sergilemiştir. Bu malzeme kombinasyonları, mühendislik plastiklerinden ABS XR401 ve ASA 3421 U ile karşılaştırıldığında; çekme ve eğme dayanımı ile HDT performansı bakımından benzer düzeyde sonuçlar vermiştir. Elde edilen bulgular, hibrit biyokompozitlerin hem performans hem de sürdürülebilirlik açısından otomotiv uygulamalarında kullanılabilirliğini güçlü bir şekilde desteklemektedir.

Today, the automotive industry increasingly turns to polymer-based plastic materials to reduce vehicle weight, lower costs, and enhance design flexibility. However, most of these materials are derived from petrochemical sources, and their resistance to natural degradation combined with the high environmental impact of their production and disposal processes has led to sustainability concerns. Widely used plastics such as polypropylene (PP), polyurethane (PU), and PVC are criticized for their low recycling rates and high carbon footprint, prompting the search for alternative materials in the sector. In response, international regulations, emission targets, and producer responsibility frameworks are pushing the industry toward environmentally friendly and sustainable materials. Biocomposites—made from recyclable and biodegradable polymer matrices reinforced with natural or bio-based fibers—are emerging as promising alternatives to conventional plastics. These materials are appealing not only for their ecological advantages but also for their potential to provide sufficient mechanical and thermal performance for specific engineering applications. This study aims to systematically investigate the mechanical and thermal properties of environmentally friendly biocomposite materials for automotive applications. Polypropylene (PP) was used as the matrix, and jute fibers (20%) were combined with varying proportions of glass fibers (5%, 10%, and 15%) to produce hybrid composites. In total, four different formulations were prepared: 20% jute (natural fiber only), 15% jute + 5% glass, 10% jute + 10% glass, and 5% jute + 15% glass. The samples were produced via extrusion and injection molding techniques. The materials were then subjected to a comprehensive characterization including mechanical (tensile, three-point bending, impact), thermal (DSC, TGA, HDT), and morphological (SEM) tests, many of which were conducted in accordance with ISO standards. The technical performance of each variant was evaluated in a multidimensional framework. In addition, a natural fiber-reinforced formulation was applied to real automotive components (side mirror housing and door sill) in a low-volume electric vehicle to assess manufacturability via plastic injection molding. The fully jute-reinforced variant showed advantages in terms of sustainability but exhibited the lowest performance in mechanical tests. With the addition of 5% glass fiber, improvements of 21% in tensile strength, 17% in flexural strength, and approximately 36% in impact resistance were achieved. The formulation with equal amounts of jute and glass fiber (10% each) provided a balanced performance, with a 33% increase in tensile strength and an 18 °C increase in HDT compared to the jute-only composite. The formulation with the highest glass fiber content (15%) demonstrated the highest overall performance, reaching 51 MPa in tensile strength and 103 °C in HDT. These hybrid biocomposites yielded comparable results to engineering plastics such as ABS XR401 and ASA 3421 U in terms of tensile and flexural strength as well as thermal deflection temperature. The findings strongly support the feasibility of using hybrid biocomposites in automotive applications, both from a performance and sustainability standpoint.
Characterization of biocomposite materials for the automotive industry and their application on a structural component
Keywords: Makine Mühendisliği; Mechanical Engineering