Doğal Lifler Mühendislik Malzemesine Nasıl Dönüşür?

Yeni Malzemelere Neden İhtiyaç Duyuyoruz?

İnsanlık, karşılaştığı sorunlara çözüm üretmek için tarih boyunca yeni araçlar ve malzemeler geliştirdi. Günümüzde ise teknolojinin hızlı ilerleyişi ve artan nüfus, mühendislik alanında daha hafif ve daha dayanıklı malzemelere yönelimi güçlendiriyor. Ancak yeni malzemeler geliştirilirken ortaya çıkan çevresel sorunlar, bu alandaki yaklaşımı da değiştirmiş durumda.

Otomotivden havacılığa pek çok alanda, yüksek dayanım ve düşük yoğunluk gibi avantajları sayesinde kompozit malzemeler yaygın olarak kullanılıyor. Diğer taraftan teknolojinin gelişmesiyle birlikte mühendisler ve araştırmacılar yalnızca malzemelerin yüksek performanslarına değil, sürdürülebilirliği de gözeten çözümler arıyor.

İşte tam bu noktada, bitkisel ya da hayvansal kökenli doğal liflerin bir matris malzemesiyle yani bir tür “yapıştırıcıyla” bir araya getirilmesiyle oluşturulan biyokompozit malzemeler devreye giriyor. Bu malzemeler, yenilenebilir kaynaklardan elde edilmeleri, üretim süreçlerinde daha az enerji gerektirmeleri ve düşük hammadde maliyetleri sayesinde sürdürülebilirlik açısından önemli avantajlar sunuyorlar. Bu özellikleriyle biyokompozitler; cam elyaf, karbon elyaf ve aramid gibi sentetik elyaflara alternatif olarak tercih ediliyor.

Biyokompozit Malzemelerde Hangi Doğal Lifler Kullanılır?

Biyokompozit malzemelerde kullanılan doğal lifler kaynaklarına göre üç ana grupta incelenir: bitkisel lifler, hayvansal lifler ve mineral lifler.

Bu lifler arasında en yaygın kullanılanlar bitkisel liflerdir. Jüt, keten, kenaf, pamuk, hindistan cevizi lifi, yağ palmiyesi ya da muz ve ananas kabuklarından elde edilen lifler, biyokompozit üretiminde sıkça tercih edilenler arasında. Günlük yaşamda çoğu zaman atık olarak görülen bu malzemeler, mühendislik bakış açısıyla ele alındığında değerli birer ham maddeye dönüşebiliyor.

Hayvansal lifler de biyokompozit üretiminde kullanılabiliyor. Koyun kılı veya kuş tüyleri gibi lifler, uygun işlemlerden geçirildiğinde kompozit yapıların takviye elemanları hâline gelebiliyor. Mineral kökenli doğal lifler ise (örneğin asbest) havaya karışan çok ince liflerin solunum yoluyla akciğerlere ulaşabilmesi nedeniyle ciddi sağlık riskleri taşıyor. Bu nedenle günümüzde birçok ülkede kullanımları yasaklanmış ya da sıkı biçimde sınırlandırılmış durumda.

Bu üç ana grup karşılaştırıldığında, biyokompozit malzemelerin üretiminde en çok bitkisel liflerin tercih ediliyor olması şaşırtıcı değil. Çünkü bitkisel lifler uygun iklimlerde kolayca ve kısa sürede yetişip hasat edilebiliyor. Böylelikle biyokompozit malzeme üretiminde hammadde olarak kullanılan bitkiler, yıllar süren bir bekleme gerektirmeden kesintisiz şekilde temin ediliyor. Ayrıca bu bitkiler, özellikle toplama ve üretim aşamalarında ciltte tahrişe yol açmaması ve solunum yoluyla ciddi bir risk oluşturmaması sayesinde sağlık açısından daha güvenli bir seçenek olarak kabul ediliyor.

huettenhoelscher / iStock

Biyokompozit Malzemeler Nasıl Üretilir?

Biyokompozit malzeme üretimi, sentetik elyaflarla hazırlanan kompozitlere kıyasla biraz daha zahmetli bir süreçtir. Çünkü burada işe yalnızca hazır bir malzeme seçerek değil, doğrudan doğal bir kaynaktan lif elde ederek başlanır. Uygun bitkinin seçilmesi, liflerin bitkiden ayrıştırılması ve bu liflerin birbirine ya da matris malzemesine tutunmasını sağlamak için uygulanan kimyasal işlemler, bu zahmetli sürecin sadece birkaç adımıdır. Şimdi biyokompozit üretiminin aşamalarına birlikte bakalım. İlk olarak, kullanılacak bitki türü belirlenir ve bu türün yetiştiği uygun alanlar tespit edilir. Ardından toplama aşamasına geçilir. Bu noktada bitkinin gövdesinin sağlıklı olması büyük önem taşır çünkü gövdeden elde edilecek liflerin boşluklu ve gözenekli bir yapıda olmaması ve dayanımı, üretilecek biyokompozitin mekanik özelliklerini doğrudan etkiler.

Bitkinin gövdesindeki lifleri ortaya çıkarmak için deneysel çalışmalarda sık kullanılan yöntemlerden biri suyla ıslatma yöntemidir. Bu yöntemde bitki gövdeleri, kabuk kısmı yumuşayıp liflerden ayrılana kadar bir süre suyun içinde bekletilir. Böylece lifler gövdeden daha kolay ayrılabilir.

undefined undefined / iStock

Elde edilen liflerin kompozit yapı içinde mekanik ve dinamik kuvvetlere karşı iyi bir performans sergileyebilmesi için bir diğer kritik adım, lif yüzeyinin hazırlanmasıdır. Matris malzemeye daha iyi tutunması ve arada boşluk kalmaması amacıyla liflerin yüzeylerine bazı kimyasal işlemler uygulanır.

Bu işlemler yapılmadığında lif yüzeyinde bulunan toz ve küçük partiküller yapışmayı zorlaştırır, bu da lifler arasında boşlukların oluşmasına neden olur. Uygulanan kimyasal işlemler sayesinde yüzey özellikleri iyileştirilen lifler kompozit üretimi için çok daha uygun bir hâle getirilmiş olur.

Biyokompozit malzeme üretiminde yapıştırıcı işlevi gören matris elamanlarının en yaygını epoksi bazlı reçinelerdir. Epoksi reçine, belirli oranlarda hazırlanıp karıştırılarak lifleri bir arada tutacak şekilde kullanıma hazır hâle getirilir.

Son aşamada doğal lifler, uygulamada sıkça tercih edilen elle yatırma yöntemi kullanılarak matris malzemeyle birleştirilir. Bu yöntemde lifler katmanlar hâlinde kalıba serilir, ardından reçineyle tamamen temas edecek şekilde kaplanır. Böylece doğal liflerin kompozit yapı içindeki dağılımı daha dengeli olur ve malzemenin dış kuvvetlere karşı dayanımı artar.

Bu süreç tamamlandığında ortaya çıkan biyokompozit malzemeler; hafiflikleri, kullanım alanlarına göre istenilen dayanımı sunmaları ve kullanım ömürlerinin tamamlandığında çevreye daha az zarar vermeleri nedeniyle hem günlük yaşamda hem de birçok endüstriyel alanda değerlendirilebilir hâle gelir.

Biyokompozit Malzemeler Nerelerde Kullanılır?

Biyokompozit malzemelerin hammaddelerinin kolay elde edilebilmesi, maliyetini düşük olmasını da beraberinde getiriyor. Bunun yanı sıra bu malzemelerin üretim süreçlerinde daha az enerji gerektirmesi ve kesim sırasında takım tezgâhlarında daha az aşınmaya yol açması önemli birer avantaj. Ayrıca sağlık açısından ciddi riskler oluşturmamaları sayesinde hem sanayide hem de akademik çalışmalarda giderek daha yaygın olarak tercih ediliyor.

Peki bu malzemeleri hangi alanlarda ve ne amaçla kullanıyoruz? Örneğin dünyaca ünlü otomobil üreticileri, biyokompozit malzemelerin hafif, ekonomik ve çevre dostu yapılarından yararlanarak araçlarının birçok parçasında doğal lif takviyeli kompozitlere yer veriyor. Kapı iç panelleri, bagaj bölmeleri, tavan kaplamaları, koltuk arkası panelleri ve gösterge panelleri bu parçalara örnek gösterilebilir.

Wirestock / iStock

Benzer şekilde yapı malzemeleri üreten birçok firma da doğal lif takviyeli kompozitleri aktif biçimde kullanıyor. Ayrıca doğal liflerin biyolojik olarak parçalanabilen reçinelerle birleştirilmesi sayesinde ambalaj sektöründe ve bazı elektronik cihazların dış kaplamalarında bu malzemelerin kullanımının giderek yaygınlaştığını görüyoruz.

Biyokompozit Malzemelerin Pazar Payı

Biyokompozit malzemelere olan ilgi aslında uzun yıllara dayanıyor. Çevreye duyarlı ve ekonomik çözümlere olan ihtiyaç arttıkça doğal kaynaklardan elde edilen malzemeler de daha fazla önem kazanıyor. Bu ilgiyle birlikte biyokompozitlerin dünya pazarındaki payı da giderek büyüyor.

Yuichiro Chino / GettyImages

Günümüzde doğal lif takviyeli kompozit malzemelere yönelik çalışmaların artması, bu malzemelerin endüstride daha yaygın kullanılmasını sağlıyor. Yapılan tahminler, biyokompozit pazarının önümüzdeki yıllarda da büyümeye devam edeceği yönünde. Örneğin küresel ölçekte artan ilgi sayesinde biyokompozit pazarının 2025–2033 yılları arasında yıllık ortalama yüzde 12,1 büyümesi bekleniyor.

Bu tablo, tarımsal ve hayvansal atıklar açısından zengin ülkeler için önemli bir fırsat sunuyor. Bu kaynakların biyokompozit malzemelere dönüştürülmesine yönelik bilimsel çalışmaların artması ve toplumda farkındalık oluşturulması hem çevresel sürdürülebilirliğe katkı sağlayabilir hem de ekonomik değer yaratabilir.

Sözlük:

Bağlayıcı (matris) malzeme: Kompozit malzemelerde, elyafları birbirine bağlayıp bir arada tutan ve yapıya bütünlük kazandıran bağlayıcı malzeme

Biyokompozit malzeme: Doğal lifler (bitkisel ya da hayvansal kökenli) ile bir bağlayıcı (matris) malzemenin bir araya getirilmesiyle üretilen, hafif ve dayanıklı olmasının yanında çevresel etkisi daha düşük olan kompozit malzeme türü

Dayanım: Bir malzemenin, üzerine uygulanan kuvvetlere (çekme, basma, eğilme gibi) kırılmadan, kopmadan veya kalıcı biçimde şekil değiştirmeden karşı koyabilme özelliği

Kompozit malzeme: Tek bir malzemenin istenen özellikleri karşılamadığı durumlarda iki ya da daha fazla malzemenin bir araya getirilmesiyle oluşturulan, genellikle daha hafif, daha dayanıklı ve daha yüksek performanslı yeni malzeme türü

Kaynaklar:

• Dinkar, V. C., & Kumar, V. (2025). A review study on the mechanical behaviour of natural fibre-reinforced epoxy composite. Polymer Bulletin, 82(15), 9647–9682. https://doi.org/10.1007/s00289-025-05902-4
• Gül, Ç., & Kocak, E. D. (2021). Composite Material Design for Aircrafts from Sustainable Lignocellulosic Fibers—A Review. In Sustainable textiles (pp. 23–37).
• Pickering, K., Efendy, M. A., & Le, T. (2015). A review of recent developments in natural fibre composites and their mechanical performance. Composites Part a Applied Science and Manufacturing, 83, 98–112. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.08.038
• Karimah, A., Ridho, M. R., Munawar, S. S., Adi, D. S., Ismadi, N., Damayanti, R., Subiyanto, B., Fatriasari, W., & Fudholi, A. (2021). A review on natural fibers for development of eco-friendly bio-composite: characteristics, and utilizations. Journal of Materials Research and Technology, 13, 2442–2458. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.06.014
• Velmurugan, G., Kumar, S. S., Chohan, J. S., Kumar, A. J. P., Manikandan, T., Raja, D. E., Saranya, K., Nagaraj, M., & Barmavatu, P. (2023). Experimental investigations of mechanical and dynamic mechanical analysis of bio-synthesized CUO/RAMIE Fiber-Based hybrid biocomposite. Fibers and Polymers, 25(2), 587–606. https://doi.org/10.1007/s12221-023-00432-0
• Sun, Z., Duan, Y., An, H., Wang, X., Liang, S., & Li, N. (2023). Research progress and application of natural fiber composites. Journal of Natural Fibers, 20(2). https://doi.org/10.1080/15440478.2023.2206591
• Adekomaya, O., Jamiru, T., Sadiku, R., & Huan, Z. (2015). A review on the sustainability of natural fiber in matrix reinforcement – A practical perspective. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 35(1), 3–7. https://doi.org/10.1177/0731684415611974
• https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/biocomposites-market
• Eleutério, T., Trota, M. J., Meirelles, M. G., & Vasconcelos, H. C. (2025). A review of natural fibers: classification, composition, extraction, treatments, and applications. Fibers, 13(9), 119. https://doi.org/10.3390/fib13090119

Yazar Hakkında:

Muhammed Emin Kula

Yüksek Makine Mühendisi