KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Bartın Orman Fakültesi Dergisi / 2026 / Cilt: 28 Sayı: 2

Farklı Boyutlardaki Cam Elyaf Tozu ile Takviye Edilmiş DYPE Esaslı Odun Plastik Kompozitlerin Termal ve Yanıcılık Karakterizasyonu

Thermal and Flammability Characterization of LDPE Based Wood Plastic Composites Reinforced With Variable Size Glass Fiber Powders

Mehmet Acar(MUĞLA SITKI KOÇMAN ÜNİVERSİTESİ)0000-0002-6258-2689
Sayfa
272–282
Yayın Tarihi
2026-08-15
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

TGA sonuçları, cam elyaf tozu takviyesinin bir fiziksel bariyer etkisi oluşturarak OPK’ların ısıl kararlılığını iyileştirdiğini ve özellikle dolgu içeriği arttıkça bozunma başlangıç sıcaklığını ( T onset ) daha yüksek değerlere ötelediğini ortaya koymuştur. 200 μm uzunluğundaki elyafları içeren formülasyonların ara konsantrasyonlarda sergilediği daha yüksek başlangıç sıcaklıkları, büyük partiküllerin en-boy oranına bağlı potansiyel olarak daha etkin kalkanlama kabiliyeti ile ilişkili olabileceği düşünülmektedir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Odun plastik kompozitler (OPK), inşaat ve altyapı uygulamalarında yaygın olarak kullanılsa da yapısal açıdan yanıcılıkları önemli bir sorun teşkil etmeye devam etmektedir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Termal davranışı iyileştirmek için sürekli elyaflar araştırılmış olsa da ince partikül formundaki inorganik dolguların termal difüzyon yollarına etkileri nispeten sınırlıdır.
💡
Sonuç & Katkı:TGA sonuçları, cam elyaf tozu takviyesinin bir fiziksel bariyer etkisi oluşturarak OPK’ların ısıl kararlılığını iyileştirdiğini ve özellikle dolgu içeriği arttıkça bozunma başlangıç sıcaklığını ( T onset ) daha yüksek değerlere ötelediğini ortaya koymuştur. 200 μm uzunluğundaki elyafları içeren formülasyonların ara konsantrasyonlarda sergilediği daha yüksek başlangıç sıcaklıkları, büyük partiküllerin en-boy oranına bağlı potansiyel olarak daha etkin kalkanlama kabiliyeti ile ilişkili olabileceği düşünülmektedir.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Odun plastik kompozitler · cam elyaf tozu · termogravimetrik analiz

Özet

Odun plastik kompozitler (OPK), inşaat ve altyapı uygulamalarında yaygın olarak kullanılsa da yapısal açıdan yanıcılıkları önemli bir sorun teşkil etmeye devam etmektedir. Termal davranışı iyileştirmek için sürekli elyaflar araştırılmış olsa da ince partikül formundaki inorganik dolguların termal difüzyon yollarına etkileri nispeten sınırlıdır. Bu çalışma, alternatif bir takviye dolgu maddesi olarak mikron boyutunda cam elyaf tozu kullanımının, düşük yoğunluklu polietilen (DYPE) bazlı OPK'ların ısıl kararlılığını ve yangın direncini geliştirme potansiyelini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Kompozit paneller; dolgu malzemesi olarak sarıçam odun unu, termoplastik bağlayıcı olarak DYPE kullanılarak üretilmiştir. Takviye dolgu maddesi olarak farklı konsantrasyonlarda (%5-%30) ve uzunluklarda (100 μm ve 200 μm) cam elyaf tozu kullanılmıştır. Dolgu malzemeleri ve termoplastik polimer arasındaki bağlanmayı iyileştirmek için uyumlaştırıcı ajanı olarak maleik anhidrit aşılı polietilen (MAPE) kullanılmıştır. Kompozitlerin termal davranışları termogravimetrik analiz (TGA) ile, tutuşma dirençleri ise limit oksijen indeksi (LOI) testi ile değerlendirilmiştir. TGA sonuçları, cam elyaf tozu takviyesinin bir fiziksel bariyer etkisi oluşturarak OPK’ların ısıl kararlılığını iyileştirdiğini ve özellikle dolgu içeriği arttıkça bozunma başlangıç sıcaklığını ( T onset ) daha yüksek değerlere ötelediğini ortaya koymuştur. 200 μm uzunluğundaki elyafları içeren formülasyonların ara konsantrasyonlarda sergilediği daha yüksek başlangıç sıcaklıkları, büyük partiküllerin en-boy oranına bağlı potansiyel olarak daha etkin kalkanlama kabiliyeti ile ilişkili olabileceği düşünülmektedir. Nihai inorganik kalıntı miktarı, kontrol grubu OPK' da %2,59 iken, %30 takviyeli varyasyonlarda yaklaşık %31,03'e yükselmiştir. Bu bulgularla paralel olarak LOI değerleri; saf DYPE için %18 ve kontrol grubu OPK için %23 iken, takviyeli kompozitlerde %24 seviyesine ulaşmıştır. Bu sonuçlar, cam elyaf tozunun OPK’ların ısıl kararlılığını ve tutuşma direncini geliştirmek için maliyet etkin bir katkı maddesi seçeneği olabileceğini göstermektedir.

Abstract

Wood plastic composites (WPCs) are commercially utilized in building and infrastructure applications; however, their inherent flammability remains a significant concern. While continuous fiber has been investigated to improve thermal behaviour, the effects of fine particulate inorganic fillers on thermal diffusion pathways remain relatively limited. This study aims to evaluate the potential of enhancing the thermal stability and fire resistance of low-density polyethylene (LDPE) based WPCs by incorporating micro-sized glass fiber powder as a reinforcing filler option. WPC panels were manufactured using Scots pine wood flour, LDPE powder, and a maleic anhydride grafted polyethylene (MAPE) coupling agent, with varying concentrations (5% to 30%) and lengths (100 μm and 200 μm) of glass fiber powder. The thermal behavior of the composites was evaluated using thermogravimetric analysis (TGA), while ignition resistance was assessed via the limiting oxygen index (LOI) test.TGA results revealed that glass fiber powder reinforcement improved the thermal stability of the WPCs by contributing to a physical barrier effect, particularly shifting the onset degradation temperature ( T onset ) to higher values as filler content increased. Formulations containing 200 μm fibers demonstrated enhanced shielding ability at intermediate concentrations, which is suggested to originate from a potentially higher aspect ratio of the larger particles within the polymer matrix. The final inorganic residue increased from 2.59% in the control WPC to approximately 31.03% in the 30% reinforced variations. Correlating with these findings, LOI values rose from 18% for neat LDPE and 23% for the control WPC to a value of 24% for the reinforced composites. The results suggest that the glass fiber powder can serve as a cost-effective additive for improving the thermal stability and ignition resistance of WPCs.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Acar, M. (2026). Farklı Boyutlardaki Cam Elyaf Tozu ile Takviye Edilmiş DYPE Esaslı Odun Plastik Kompozitlerin Termal ve Yanıcılık Karakterizasyonu. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, Cilt: 28 Sayı: 2, 272–282. https://doi.org/10.24011/barofd.1943806

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (50)

  1. Ashori A. (2008). Wood–plastic composites as promising green-composites for automotive industries!. Bioresource Technolgy, 99 (11), 4661-4667. 10.1016/j.biortech.2007.09.043
  2. ASTM D 618-21 (2021). Practice for conditioning plastics for testing, Annual Book of ASTM Standards, ASTM, Philadelphia, Vol. 08.01, 2021. DOI: 10.1520/D0618-21
  3. ASTM, D2863-19 (2019). Standard Test Method for Measuring the Minimum Oxygen Concentration to Support Candle-Like Combustion of Plastics (Oxygen Index), ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, 2019, 15s. DOI: 10.1520/D2863-19
  4. Borysiak, S., Paukszta, D., Helwig, M., (2006). Flammability of wood-polypropylene composites. Polymer Degradation and Stability, 91 (12), 3339-3343. https://doi. org/10.1016/j.polymdegradstab.2006.06.002
  5. Bumanis, G., Vitola, L., Pundiene, I., Sinka, M., & Bajare, D. (2020). Gypsum, Geopolymers, and Starch—Alternative Binders for Bio-Based Building Materials: A Review and Life-Cycle Assessment. Sustainability, 12(14), 5666. https://doi.org/10.3390/su12145666
  6. Caulfield, D.F., Clemons, C., Jacobson, R.E., Rowell, R.M., (2005). Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. Chapter 13. Wood Thermoplastic Composites. CRC Press, USA.
  7. Cavus V, Mengeloğlu F. (2020). Effect of wood particle size on selected properties of neat and recycled wood polypropylene composites. BioResources, 15. 3427-3442.
  8. Clemons, C. (2002). Wood-plastic composites in the United States: the interfacing of two industries. Forest Products Journal, 52(6), 10-18.
  9. Dai, L., Zhou, N., Lv, Y., Cobb, K., Cheng, Y., Wang, Y., & Ruan, R. (2021). Pyrolysis-catalysis for waste polyolefin conversion into low aromatic naphtha. Energy Conversion and Management, 245, 114578. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114578
  10. Devi, R. R., & Maji, T. K. (2012). Effect of nano-ZnO on thermal, mechanical, UV stability, and other physical properties of wood polymer composites. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(10), 3870–3880. https://doi.org/10.1021/ie2018383
  11. Diler, H., Durmaz, S., Acar, M., Aras, U., Erdil, YZ. (2024). The Effect of Vermiculite on Flame Retardancy, Physical and Mechanical Properties of Wood Plastic Composites. Bioresources, 19(1), 183-194. doi:10.15376/biores.19.1.183-194
  12. Durmaz, S., & Aras, U. (2022). Effect of Short Glass Fiber Reinforcement on Physical, Mechanical Properties and Fire Performance of Wood Plastic Composites. Kastamonu University Journal of Forestry Faculty, 22(3), 273-279. https://doi.org/10.17475/kastorman.1215354
  13. Durmaz, S., Aras, U., Avcı, E., Erdil, Y.Z., Atar, İ. i Kalaycıoğlu, H. (2023). Influence of Zinc Oxide Nanoparticles on Flame Resistance in Wood Plastic Composites. Drvna industrija, 74(4), 459-468. https://doi.org/10.5552/drvind.2023.0132
  14. Durmaz, S., Aras, U., Avci, E., Mengeloğlu, F., Atar, İ. (2023a). The Effect of Chopped Glass and Carbon Fiber Reinforcement on Physical, Mechanical, and Fire Performance of Wood Plastic Composites. Drewno, 66(210), article ID 00014. https://doi.org/10.53502/wood-177638
  15. Durmaz, S., Erdil, Y. Z., Ozgenc, O. (2022). Accelerated weathering performance of wood‐plastic composites reinforced with carbon and glass fibre‐woven fabrics. Coloration Technology, 138(1), 71-81. https://doi.org/10.1111/cote.12572
  16. Durmaz, S., Keles, O. O., Aras, U., Erdil, Y. Z., Mengeloglu, F. (2023b). The effect of zinc oxide nanoparticles on the weathering performance of wood‐plastic composites. Coloration Technology, 139(4), 430-440. https://doi.org/10.1111/cote.12666
  17. Durmaz, S., Özgenç, Ö., Avci, E., Hakki Boyaci, İ. (2020). Weathering performance of waterborne acrylic coating systems on flat‐pressed wood–plastic composites. Journal of Applied Polymer Science, 137(14), 48518. https://doi.org/10.1002/app.48518
  18. Durmaz, S.; Erdil, Y. Z.; Avci, E., (2021). Improvement of technological properties of wood plastic composites reinforced with glass and carbon fibre fabric. Polymer and Polymer Composites, 29(9): 1457-1465. https://doi.org/10.1177/09673911211054266
  19. Eibl, S., (2017). Potential for the formation of respirable fibers in carbon fiber reinforced plastic materials after combustion. Fire and Materials, 41(7): 808-816. https://doi.org/10.1002/fam.2423
  20. Guo, Y.; Liu, D.; Chen, Y.; Zhang, T.; Zhu, S., (2019b). Preparation and properties of carbon fiber and pine cone fiber reinforced high density polyethylene composites. Journal of Applied Polymer Science, 136(14), 47304. https://doi.org/10.1002/app.47304
  21. Guo, Y.; Zhu, S.; Chen, Y.; Li, D., (2019). Thermal properties of wood-plastic composites with different compositions. Materials, 12(6), 881. https://doi.org/10.3390/ma12060881
  22. Han, S., Huang, G., Wang, J., Liu, J., & Zhang, Q. (2017). The combination of glass dust and glass fiber as fluxing agents for ceramifiable silicone rubber composites. RSC Advances, 7(69), 43703-43711. https://doi.org/10.1039/C7RA07432H
  23. He, H.; Liu, J.; Wang, Y.; Zhao, Y.; Qin, Y.; Zhu, Z.; Wang, J., (2022). An ultralight self-powered fire alarm etextile based on conductive aerogel fiber with repeatable temperature monitoring performance used in firefighting clothing. ACS Nano, 16(2), 2953-2967. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10144
  24. He, Q., Yuan, T., Zhu, J., Luo, Z., Haldolaarachchige, N., Sun, L., Guo, Z. (2012). Magnetic high density polyethylene nanocomposites reinforced with in-situ synthesized Fe@ FeO core-shell nanoparticles. Polymer, 53(16), 3642-3652. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2012.06.010
  25. Jarukumjorn, K., Suppakarn, N. (2009). Effect of glass fiber hybridization on properties of sisal fiber–polypropylene composites. Composites Part B: Engineering, 40(7), 623-627. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2009.04.007
  26. Kim JK, Pal K. (2010). Recent Advances in the Processing of Wood-Plastic Composites. Berlin, Germany: Springer Science and Business Media, 1. https://doi.org/10.1007/978-3-642-14877-4
  27. Klyosov AA. (2007). Wood-Plastic Composites. New Jersey, NJ: John Wiley and Sons, 11.
  28. Kozłowski, R., Władyka-Przybylak, M., (2008). Flammability and fire resistance of composites reinforced by natural fibers. Polymers for Advanced Technologies, 19(6): 446-453. https://doi.org/10.1002/pat.1135
  29. Lanzón, M. Castellón, F. J., and Ayala, M. (2022). Effect of the expanded perlite dose on the fire performance of gypsum plasters. Construction and Building Materials, 346, article ID 128494. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128494
  30. Lu, J.Z.,Wu, Q., McNabb Jr., H.S., (2000). Chemical coupling in wood fiber and polymer composites: a review of coupling agents and treatments. Wood Fibre Science, 32, 88-104.
  31. Manzello, S. L., Gann, R. G., Kukuck, S. R., and Lenhert, D. B. (2007). Influence of gypsum board type (X or C) on real fire performance of partition assemblies. Fire Mater., 31, 425-442. doi: 10.1002/fam.940
  32. Matias, M.C., De La Orden, M.U., Sanchez, C.G., Urreaga, J.M., (2000). Comparative spectroscopic study of the modification of cellulosic materials with different coupling agents. Journal of Applied Polymer Science, 75, 256-266. DOI: 10.1002/(SICI)1097-4628(20000110)75:2 3.0.CO;2-Z
  33. Mengeloglu, F., Kabakci, A. (2008). Determination of thermal properties and morphology of eucalyptus wood residue filled high density polyethylene composites. International Journal of Molecular Sciences, 9(2), 107-119. https://doi.org/10.3390/ijms9020107
  34. Mokhena, T.C., Sadiku, E.R.; Mochane, M.J., Ray, S.S. (2021). Mechanical properties of fire retardant wood-plastic composites: A review. Express Polymer Letters, 15(8), 744–780. DOI: 10.3144/expresspolymlett.2021.61
  35. Nijssen, R. P. L. (2015). Composite materials: an introduction. Netherlands: Inholland University of Applied Sciences. ISBN: 978-90-77812-471
  36. Panthapulakkal S, Zereshkian A, Sain M. (2006). Preparation and characterization of wheat straw fibers for reinforcing application in injection molded thermoplastic composites. Bioresource Technology, 97(2), 265-272. 10.1016/j.biortech.2005.02.043
  37. Pilarski, J.M., Matuana, L.M., (2006). Durability of wood flour-plastic composites exposed to accelerated freeze-thaw cycling. Part II. High density polyethylene matrix. Journal of Applied Polymer Science, 100(1), 35-39. https://doi.org/10.1002/app.22877
  38. Rasana, N., Jayanarayanan, K., Deeraj, B. D. S., Joseph, K., (2019). The thermal degradation and dynamic mechanical properties modeling of MWCNT/glass fiber multiscale filler reinforced polypropylene composites. Composites Science and Technology, 169, 249-259. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2018.11.027
  39. Rowell, R. M., (2012). Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites, 2nd ed. USA, CRC press, pp. 117-134.
  40. Schwarzkopf, M.J., Burnard, M.D., (2016). Wood-plastic composites-performance and environmental impacts, Environmental impacts of traditional and innovative forest-based bioproducts, Springer, pp. 19-43. DOI: 10.1007/978-981-10-0655-5_2
  41. Smith, P. M. Wolcott, M. P. (2006). Opportunities for wood/natural fiber-plastic composites in residential and industrial applications. Forest Products Journal, 56(3), 4-11.
  42. Stark, N.M., Mueller, S.A., White, R.H., Osswald, T.A., (2009). Effect of fire retardants on heat release rate of wood flour-polyethylene composites. In Proceedings of the 10th International Conference on Wood and Biofiber Plastic Composite and Cellulose Nanocomposites Symposium, 11-13 May, pp. 103-109., Madison, WI, USA.
  43. Szadkowski, B., Marzec, A., Rybiński, P., Żukowski, W., Zaborski, M. (2020). Characterization of ethylene-propylene composites filled with perlite and vermiculite minerals: Mechanical, barrier, and flammability properties. Materials, 13(3), article ID 585. doi: 10.3390/ma13030585
  44. Türkmen, H. (2024). Investigation of fire resistance and thermal wear behavior of chopped basalt and glass fiber reinforced epoxy composites. Journal of Composite Materials, Early access, https://doi.org/10.1177/00219983251413
  45. URL-1, (2025). Grand View Research. Wood Plastic Composites Market Size, Share & Trends Analysis Report By Product (Polyethylene, Polypropylene), By Application (Automotive Components), By Region, And Segment Forecasts, 2025-2030. Accessed April 2026. Access link: https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/wood-plastic-composites-market
  46. Wang, F., Gao, Z., Zheng, M., and Sun, J. (2016). Thermal degradation and fire performance of plywood treated with expanded vermiculite. Fire and Materials, 40(3), 427-433. doi: 10.1002/fam.2297
  47. Xu, B., Ma, W., Bi, X., Shao, L., & Qian, L. (2019). Synergistic effects of nano-zinc oxide on improving the flame retardancy of EVA composites with an efficient triazine-based charring agent. Journal of Polymers and the Environment, 27, 1127–1140. https://doi.org/10.1007/s10924-019-01400-3
  48. Yao, S. S., Jin, F. L., Rhee, K. Y., Hui, D., Park, S. J., (2018). Recent advances in carbon-fiber-reinforced thermoplastic composites: A review. Composites. Part B: Engineering, 142. 241-250. DOI: 10.1016/j.compositesb.2017.12.007
  49. Zhang, Q., Ma, L.; Xue, T., Tian, J., Fan, W., Liu, T., (2023). Flame-retardant and thermal-protective polyimide-hydroxyapatite aerogel fiber-based composite textile for firefighting clothing. Composites. Part B: Engineering, 248, 110377. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110377
  50. Zong, G., Hao, J., Hao, X., Fang, Y., Song, Y., Wang, H., Ou, R., Wang, Q., (2020). Enhancing the flame retardancy and mechanical properties of veneered wood flour/polyvinyl chloride composites. Polymer Composites, 41(3), 848–857. https://doi.org/10.1002/pc.25415