Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması
BÖLÜM 3 Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması Yrd. Doç. Dr. Salih AKPINAR

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması
Bölüm 1 Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması Kompozit malzemelerin oluşum seçenekleri sonsuz denebilecek kadar çoktur. Bundan dolayı sınıflandırılmaları oldukça zordur. Ancak burada yaygın olarak kullanılan bazı sınıflandırmalar üzerinde durulacaktır. Kompozit Malzemelere Giriş

Biçimlerine Göre Sınıflandırma
Elyaf takviyeli kompozit malzemeler (Cam elyaf takviyeli plastikler) Parçacık takviyeli kompozit malzemeler (Çimento+Agrega=Beton) Tabakalı kompozit malzemeler (Tabakaların üst-üste istiflenmesiyle elde edilmiş plaklar) Kompozit Malzemelere Giriş

Takviyelerin Yapılışına Göre Sınıflandırma
Elyaf takviyeli kompozitler: Bunlarda matris kuvvetleri elyafa iletir ve yük elyaf tarafından taşınır. Elyafın genellikle yönlendirilerek kullanıldığı bu malzemelerde özellikler anizotropiktir. Örnek: Cam elyaf takviyeli plastikler. Küçük Parçacık takviyeli kompozitler: Kuvvetler matris tarafından taşınır. Küçük parçacıklar ( µm) metal malzemede dislokasyonların hareketini engelleyerek mukavemeti artırırlar. Özellikler izotropiktir. Örnek: Çökelme sertleşmesi uygulanmış Al-alaşımı. İri Parçacık takviyeli kompozitler: Yükü matris ve takviye malzemesi birlikte taşırlar. Örnek: Beton, Sert metal uçlar vs. Kompozit Malzemelere Giriş

Matris-Takviye elemanı ve Kompozit malzeme yapı tipleri
Matris Malzemeleri Takviye Elemanları Kompozit Yapının Şekli Polimerler Elyaf/Lifler Tabakalar Metaller Granül Kaplamalar Seramikler Whiskers Film-Folya Pudra Bal peteği (Honey-Combs) Yonga Filaman Sarılmış Yapılar Granül: Maddenin en küçük tanesi, Plastik poşetlerin geri dönüşümünden elde edilen pirinç büyüklügündeki ham ürün Whiskers: Doğranmış veya öğütülmüş elyaf Kompozit Malzemelere Giriş

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırması
Quasi-isotropic: Yarı izotropik Kompozit Malzemelere Giriş

Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemeler
Elyaf takviyeli bir kompozit levha Matris (Matrix) ve takviye/elyaf (Reinforcement/fiber) bileşenlerinden oluşur. Bu bileşenler birbirleri içinde çözülmezler veya birbirlerine karışmazlar. Kompozit üretiminde elyaf-matris arasındaki birleşme makro seviyede olduğundan bileşenlerin özellikleri değişmez. Halbuki, alaşımlarda birleşme mikro seviyede olduğundan alaşımlar kompozit sınıfına girmezler. Kompozit malzemede bileşenler: Takviye/Elyaf; Sertlik, mukavemet, rijitlik gibi mekanik özellikleri iyileştirir. Matris; Uygulanan yükün elyaf (lifler) arasında dağılımını ve elyafın kimyasal etkilerden ve atmosfer şartlarından korunmasını sağlar. Solid Mechanics Fluid Mechanics Rigid Bodies Deformable Bodies Kompozit Malzemelere Giriş

Elyaf Takviyeli Bir Kompozit Levhanın Yapısı
Kompozit Malzemelere Giriş

Kompozit Malzemenin Özellikleri
Bileşenlerinin (Matris-Elyaf) özellikleri (yoğunluk, elastik özellikler, akma-çekme mukavemeti vs.) biliniyorsa, üretilen kompozitin özellikleri yaklaşık olarak bulunabilir (Mikromekanik) Ancak yorulma dayanımı, tokluk gibi özelliklerin teorik olarak bulunması mümkün değildir. Kompozit bir malzemenin mekanik özellikleri deneylerle de tespit edilebilir. Teori ve deneyler üzerinde daha sonra durulacaktır.

Mekanik Özelliklerin Karşılaştırılması
Malzeme Yoğunluk ρ gr/cm3 Çekme Muk. σç MPa Elastisite Modülü E GPa Özgül Çekme Mukavemeti σç/ρ Özgül Rijitlik E/ρ Alaşımsız Çelik 7.9 459 203 58 26 Alüminyum 2.8 84 71 30 25 Al alaşımı-2024 247 69 88 Pirinç 8.5 320 97 38 11 Ahşap (Kayın) 0.7 110 13 157 19 Kemik 1.8 138 75 14 Bor-Epoksi 1600 224 889 124 Karbon-Epoksi-1 1.6 1260 218 788 136 Karbon-Epoksi-2 1.5 1650 140 1100 93 Kevlar-Epoksi 1.4 1400 77 1000 55 S Camı-Epoksi 56 824 33 E Camı-Epoksi 1150 42 639 23

Kompozit Malzemelere Giriş
Kompozit profiller, sürekli elyafların reçine banyosunda ıslatılmasından sonra istenilen şekle göre kalıp içerisinden çekilmesiyle üretilir. Bu tekniğe pültrüzyon metodu denir. Kompozit Malzemelere Giriş

Elyaf Takviyeli Kompozitlerde Matrisin Görevleri
Matris, kompozit malzemenin iki önemli bileşeninden biri olup kompozit malzemeye aşağıdaki katkıları sağlar: Kuvvetleri elyafa (lif) iletmek ve düzgün dağılımını sağlamak, Lifleri ortamın etkisi ve darbelerden korumak, Kompozit malzemenin tokluğunu artırmak, Kompozitlerde çatlak oluşmasını veya oluşan çatlağın ilerlemesini engellemek şeklinde sayılabilir. Kompozit Malzemelere Giriş

Matris Malzemeleri 14

Matris Malzemeleri Plastik matris malzemeleri (Polimerler)
- Termosetler - Termoplastikler - Elastomerler Metal matris malzemeleri (Aluminyum, titanyum, magnezyum, gibi) Yüksek sıcaklık matrisleri (Seramikler)

Plastik Matris Malzemeleri (Reçineler/Polimerler)
Plastik, istenilen biçimi alabilen anlamına gelen yunanca "plastikos" kelimesinden gelir. En basit tanımıyla monomer denilen küçük moleküllerin birbirlerine eklenmesiyle oluşan uzun zincir yapıya sahip sentetik malzemelerdir. Plastikler, yüksek molekül ağırlıklı organik moleküllerden ya da polimerlerden oluşmaktadır. Polimerler, düşük üretim maliyetleri, kolay şekil almaları ve amaca uygun üretilebilmeleri nedeniyle her alanda kullanılmaları yaygınlaşmıştır. Kompozitlerin yaklaşık % 90’ı polimer esaslı matrislerden (plastikler) üretildiklerinden, kompozit malzemelere takviye edilmiş plastikler de denir. Kompozit Malzemelere Giriş

Plastiklerin ana kaynağı, petrol rafinerilerinin artık maddeleridir. Dünyada üretilen toplam petrolün yaklaşık % 5 ’i plastik üretimi için kullanılmaktadır. Plastikler aşağıdaki gibi gruplandırılabilir: - Termoset gurubu: Isıl sertleşir plastikler - Termoplastik gurubu: Isıl yumuşar plastikler - Elastomerler Kompozit Malzemelere Giriş

Polimerleşme, küçük moleküllerin daha büyük moleküller veya polimerler oluşturmak üzere birleşmeleri ile oluşur. Polimer molekülleri birçok zincirden oluşurlar bunlar birleşmiş veya birleşmemiş (termoplastik) veya üçboyutlu çapraz bağlı zincirler (termoset) oluşturabilirler.

Plastiklerin Genel Özellikleri*
Bütün plastikler polimerizasyon ürünüdür. Plastik yapımının ön işlemi bunların monomerlere çevrilmesidir. Etilen gazı en yaygın olarak kullanılan monomerlerden birisidir. Sıcaklık, basınç ve birçok kimyasalın etkisiyle plastik üretiminin ikinci evresi başlamaktadır. Buna polimerizasyon denmektedir. Monomerler, zincir oluşturacak biçimde birbirine bağlanmakta ve reçineleri oluşturmaktadır. Etilen, polietilene, propilen, polipropilene, stiren polistirene dönüşmektedir. Böylece, polimer veya plastikler meydana gelmektedir. Polimerizasyon süreci belirli aşamalarda durdurularak belirli özelliklere sahip reçinelerin elde edilmesi mümkün olmaktadır. Yüksek yoğunluklular taşınma vb. ye elverişli kapların yapımında, düşük yoğunluklular ise film vb. yapımında kullanılmaktadır. Polimerizasyon ürünleri doğrudan kullanılabildiği gibi katkı maddeleri ile esneklik, dayanım, sıcağa dayanım, ultra-viyoleye dayanım gibi özellikleri artırılmakta ve bunlardan değişik ürünlerin imalatında yararlanılmaktadır. Katkı maddeleri aracılığıyla plastiklerin renkleri de değiştirilmektedir. Bu katkı maddeleri plastiklerin %1’lik miktarını oluşturmaktadır. Ancak bazı plastik tiplerinde renklendiriciler %10’lara varabilmektedir. Bazı plastiklerin içerisine %40 oranında plastizerler katılmaktadır. Ancak bu katkı maddelerinin çoğu ağır metaller ve toksik kimyasallar içermektedir. *TSK Koruyucu Hekimlik Bülteni, 2007: 6 (4) Kompozit Malzemelere Giriş

Termoset Plastikler Termoset plastikler, ısıl sertleşir plastikler diye de bilinirler. Sıvı halde bulunan termoset plastikler, monomer moleküllerin kimyasal reaksiyonlar sonucunda yanal bağlarla birbirine bağlanmasıyla elde edilirler. Üretimleri sırasında gerçekleşen polimerizasyon reaksiyonu geri dönüşümlü olmadığı için ısıtılarak yumuşatılamazlar dolayısıyla şekil verilemezler. Kovalent bağlarla, üç boyutlu olarak bağlandıkları için oldukça rijit bir yapıya sahiptirler. Çapraz bağlantılarla sertleştikleri için ısıtıldıklarında çözünmezler ve erimezler. Termoset plastikler, termoplastikler gibi tekrar tekrar kullanılmazlar fakat yeniden üretim sürecine sokulabilirler. Kompozit Malzemelere Giriş

Termoset plastikler sertleşmemeleri için dondurularak depolanırlar.
Dondurucudan çıkarılıp oda sıcaklığında bir müddet (1-4 hafta arası) bekletildiğinde sertleşmeye başlar ve özelliklerini kaybederler ve biçim verilemezler. Dondurucu içinde olmak şartıyla raf ömürleri, 6 ila 18 ay arasında değişmektedir. Termoset reçineler kimyasal etkiler altında çözülmezler.

TERMOSETLERİN İŞLENMESİ
Termoset polimerler düşük mol kütleli bir ön polimer içerisine gerekli olan çapraz bağlayıcılar, katkı ve dolgu maddeleri karıştırılarak kalıplamaya hazırlanırlar. Kalıplanmadan önce viskoz sıvı veya toz halindedirler. Bazı uygulamalarda toz reçineler yeniden granül, palet, tablet veya benzeri geometrilerde sıkıştırılarak şekillendirilirler ve depolanırlar. İçerisine sertleştirici ve hızlandırıcı maddeler katılarak depolanan termosetler, depolama sırasında çapraz bağlanma tepkimeleri vermeye yatkındırlar. Bu nedenle uygun bir süre içerisinde şekillendirilmeleri gerekir. Depolanma süresi önleyici katılmamış alkit reçineleri ve doymamış poliesterler için birkaç hafta, fenolik reçinelerde ise iki yıl kadardır. Kompozit Malzemelere Giriş

Termosetlerin kalıplama yöntemleri
Sıkıştırarak kalıplama Transfer kalıplama Enjeksiyon kalıplama Döküm Kompozit Malzemelere Giriş

Sıkıştırarak Kalıplama
Sıkıştırma kalıplama, termoset plastiklerin kalıplanmasında kullanılan metotlardan biridir. Termoset plastik malzemeler sıkıştırma ile kalıplamada kimyasal bir değişime uğrarlar. Bu kimyasal değişim sıcaklık ve basınç uygulamak suretiyle meydana gelir. Termoset malzemeler sertleştikten sonra erimezler ve şekil değiştiremezler. Hidrolik olarak çalışan bu presler, denemeler yapmak amacıyla da kullanılmaktadır. Denemeler için küçük tonajlıdan başlayıp, termoset plastiklerin kalıplanmasında kullanılan 4000 tonun üzerine çıkan büyük kapasiteli olmak üzere çeşitli tipleri vardır. En çok kullanılan sıkıştırma pres tipleri düşey çalışan hidrolik olanlarıdır. Presler çeşitli şekillerde yapılırlar: üst tabla aşağı hareketli, alt tabla yukarıya hareketli veya her iki tablanın da birbirine doğru hareket ettiği presler mevcuttur. Termoset kalıplama preslerinde, silindire pompalanan hidrolik yağ, silindiri aşağıya doğru hareket ettirir. Silindirin uyguladığı baskı sonucu, üst tabla da aşağıya doğru hareket eder. Üst tabla sütunlar arasına kasıntı yapmayacak şekilde tespit edilmiştir. Kalıbın üst yarımı termoset kalıplama presinin üst tablasına, kalıbın alt yarımı termoset kalıplama presinin alt tablasına bağlanmıştır. Termoset Kalıplama Presi Kompozit Malzemelere Giriş

Termoset İşleme Makinesi
Sıkıştırma kalıplama presleri genellikle üç ana bölümden oluşur. Bunlar; · Pres gövdesi · Hareket iletme sistemi · Kontrol ünitesidir PRES GÖVDESİ Sıkıştırma kalıpları iki kalıp yarımından oluştuğu için her iki kalıp yarımı veya kalıp yarımlarından biri hareket etmek zorundadır. Bu nedenle, pres alt plakası ile pres üst plakası, iki veya dört kılavuz sütunu yardımıyla ayarlanabilir konumda tespit edilmiştir. Kalıpların bağlandığı ara plaka hareketlidir ve istenildiği zaman kalıbı açar veya kapatır. Kompozit Malzemelere Giriş

HAREKET İLETME SİSTEMİ
Kalıplama işlemini gerçekleştiren hareket iletme sistemi genellikle mekanik, hidrolik veya pnömatik olarak yapılmıştır. Ancak, bunlar içersinde en çok uygulananı hareket sistemi, çift etkili (aşağıya ve yukarıya doğru hareket edebilen) hidrolik kumandalı olanlarıdır. Hidrolik sistemle çalışan preslerde 1200 – 1800 dev / dak. dönüş yapan elektrik motoruyla 1,6 – 2,5 kg / mm² basınç yapan hidrolik pompalar bulunmaktadır. Hareket iletme sistemini yağ tankı, pompa, elektrik motoru, basınç iletme boruları, çok yönlü valfler, hidrolik silindir ve piston oluşturmaktadır. 100 ton kapasiteye kadar olan preslerde hareket iletme, kalıpları sıkma ve kalıplama işleminin bitirilmesi tamamen otomatik kumandalı hidrolik sistemle yapılmaktadır. Kapasitesi 25 tona kadar olan preslerde hareket iletimi, hidrolik yerine pnömatik sistemlidir. Bazı preslerde hidrolik ve pnömatik hareket iletme sistemi birlikte bulunur ve kalıplama işlemine göre ikisinden biri tercih edilir. Ayrıca, her iki hareket iletme sistemiyle birlikte mekanik kumandalı mafsal kollu kalıp sıkma ünitesi üzerinde bulunduran preslerde vardır. Kompozit Malzemelere Giriş

KONTROL ÜNİTESİ Kontrol ünitesi, kalıplama işlemini yapan hareket iletme sistemini kontrol eder. Bunlar sırasıyla elle kumandalı kontrol ünitesi, yarı otomatik kontrol ünitesi ve tam otomatik kontrol ünitesi olmak üzere üç ana guruba ayrılır Kompozit Malzemelere Giriş

TRANSFER KALIPLAMA Transfer kalıplama, sıkıştırarak kalıplamaya benzerdir. Her ki yöntemde de kapalı bir kalıp içerisinde bulunan polimer, ısı ve basınç etkisiyle sertleştirilir. Transfer kalıplamaya sıkıştırarak kalıplamadan ayıran tek fark, polimerin kalıp içerisine yerleştirilme biçimidir. Sıkıştırarak kalıplamada yeterli miktarda polimer doğrudan dişi kalıp içerisine konur, transfer kalıplamada ise basınç uygulanarak bir kanal yardımıyla kalıp boşluğuna gönderilir. Bu küçük ayrıntı, transfer kalıplamada kalıpların yüksek basınç altında kalmasını engeller ve kalıplar daha az zarar görürler. Ayrıca, çok küçük ve karmaşık geometrili parçalar üretilebilir ve içerisine metal yerleştirilmiş ürünler kolay hazırlanır. Transfer kalıplamanın sıkıştırarak kalıplamaya göre, kalıp giriş kanalı ve yolluklar için fazla polimer kullanılması ve kalıpların pahalılığı gibi olumsuzlukları da vardır. Kompozit Malzemelere Giriş

ENJEKSİYON Termosetlerin enjeksiyonla şekillendirilmesi, seri üretime uygun ve kullanımını gittikçe artan bir yöntemdir. Termoset polimer, termoplastiklerin enjeksiyonla şekillendirilmesine benzer şekilde vida yardımıyla enjeksiyon makinesi boyunca taşınarak (bu sırada ısıtılır) enjeksiyon makinesi çıkışındaki kalıba basılır. Enjeksiyonla termoplastik ve termoset kalıplama arasındaki temel farklılıklar aşağıda sıralanmıştır. Termoset plastiklerde kovan sıcaklığı yükseltir, termosetlerde ise ön çapraz bağlanma tepkimelerini en aza indirmek amacıyla kovan sıcaklığı düşük düzeyde tutulur (fenoliklerde 70–80 °C gibi). Termoplastik polimer kalıp soğutulurken kalıp içerisine basılır, termosetler ise ısıtılmış kalıp içerisinde tutulur. Fenolik reçinelerde kalıp sıcaklığı °C arası, melamin reçinelerinde 150–180 °C doymamış poliesterlerde 140–180 °C arasında değişir. Termoplastiklerde kullanılan sonsuz vidaların diş yüksekliği genellikle kalıba yaklaştıkça artar, termosetlerin kalıplanmasında her bölgede diş yüksekliği aynı olan vidalar kullanılır. Termosetlerde renklendiriciler sık kullanılmaz. Termoplastik parçalar, kalıp içindeki şekillerini kalıp dışına alındıklarında da korurlar be nedenle termoplastiği en kısa sürede erime noktasının üzerine ısıtmak ve kalıplandıktan sonra yine hızla erime noktası altına indirmek temel yaklaşımdır. Termoset polimerler ise kür sıcaklıklarının üzerine ısıtıldığında sertleşerek kalıp şeklini alırlar. Bu özellikten dolayı, termosetler pişirme sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta kalıba basılırlar ve kalıp içindeki polimerin sıcaklığı hızla pişirme sıcaklığı üzerine çıkartılır. Üre-formaldehit, fenol-formaldehit ve doyamamış poliesterler enjeksiyonla şekillendirilen termosetlere örneklerdir. Yöntemle daha çok elektrik ve elektronik alanında kullanılan parçalar, mutfak eşyaları vb ürünler yapılır. Kompozit Malzemelere Giriş

DÖKÜM Döküm, en basit ve ilk uygulanan polimer işleme tekniklerinden birisidir. Yöntemde, sıvı haldeki termoset (katkı maddeleriyle birlikte) veya başlatıcı karıştırılmış monomer (veya ön polimer) kalıp içerisine dökülür. Kalıp içerisinde ilerleyen çapraz bağlanma veya polimerizasyon tepkimeleri sonucunda kalıbın şekli almış ürünün elde edilmesi sağlanır. Kompozit Malzemelere Giriş

Termoset Plastikler Polyester, Epoksi, Yüksek sıcaklık reçineleri, Fenolik, Silikon, Poliimid, Poliüretan, Cynate Esters Kompozit Malzemelere Giriş

POLYESTER TERMOSETLER
Birleşik bir kelime olan Polyester kelimesi, “çok” anlamlı “poly” ve organik bir tuzu ifade eden ”ester” kelimelerinden oluşur. “Çok sayıda organik tuz” şeklinde de ifade edilebilir. Kimyasal olarak ester molekülleri zincirinden oluşurlar. Tereftalik asit ile etilen glikolün polimerleşmesinden oluşur. Günümüzdeki polyester reçineler ilk hallerine göre çok daha üstün özelliklere sahiptir. Polyester, hem Türkiye’de hem de Dünya’da CTP uygulamalarında en yaygın olarak kullanılan reçinedir. Polyester reçineler, çok geniş bir kimyasal aileyi kapsar ve genel olarak dibazik asitlerle, polihidrik alkollerin kondensasyon reaksiyonu sonucunda elde edilir. Dibazik Asit + Polihidrik Alkol = Polyester Reçine + H2O Kullanılan dibazik asit türüne bağlı olararak, doymamış polyester reçineler, kompozitin genel amaçlı veya kimyasal dayanımlı olmasını sağlayacak şekilde, “ortoftalik” veya ” izoftalik” olarak adlandırılır. Polyester reçineler 100 OC sıcaklığın altında mekanik ve kimyasal dayanımları iyidir. Kompozit Malzemelere Giriş

Bazı Kullanım Alanları
İlk polyester reçinelerin kullanımı 2. Dünya Savaşında olmuştur. Fakat cam elyafı ile takviye edilmesi ile birlikte, çok daha mukavemetli ve hafif bir malzeme olduğunun anlaşılması 1950 lerden sonra olmuştur. Boyacılıkta, lâstik sanayinde ve metallerde korozyona karşı koruyucu olarak ve ayrıca ahşap malzemelerde neme karşı koruyucu olarak kullanılırlar. Denizcilikte (Gemi iskeleti) ve inşaat sektöründe (Yapı panelleri) kullanımları oldukça yaygındır. Ayrıca boru, tank, otomotiv gövdesi parçaları gibi elemanların üretiminde Elyaf takviyeli Polyesterler yaygın bir şekilde kullanılırlar. Kompozit Malzemelere Giriş

Bazı Avantajları Polyesterin sertleşme öncesi viskositesi düşük olduğundan cam elyafını iyi ıslattığı için özellikle cam elyaf ile iyi bir kompozit oluşturur. Kullanımı kolay ve maliyeti düşüktür. Polyesterin bağ şekli (formülü) değiştirilerek farklı özellikler elde edilebilir. El yatırma gibi basit kalıplama tekniklerinden, en karmaşık ileri kalıplama tekniklerine kadar, çeşitli kalıplama tekniğine uygundur. Kompozit Malzemelere Giriş

Bazı Dezavantajları Sertleşme sırasında yüksek oranda çekme (% 5…12) meydana gelir. Bu durum, liflerin basma gerilmesi altında burkulup kırılmasına neden olur. Düzgün yüzey elde etme zorluğu vardır. Zehirli gaz yayarlar. Raf ömürleri kısadır. Alkali ve bazik ortamlarda korozyon dayanımı düşüktür. Bünyelerine su alarak bozunurlar. Kompozit Malzemelere Giriş

PREFABRİK BİNA

Cam takviyeli Polyester (CTP) ile Yağmur olukları saçak ucu kaplaması

2,55'lik Polyester ( Fiber) Tekne

Cam takviyeli Polyester (CTP) depolar

EPOKSİ Epoksit grubunun polimerizasyonu ile üretilir ve farklı formüllerle özellikleri değiştirilebilir. Kullanılan sertleştiricinin türüne bağlı olarak kompozit malzemenin özellikleri değişir. Epoksinin Sertleşmesi, yaklaşık 1 saatlik sürede ºC de ve belirli bir basınç altında gerçekleşir. Genellikle iki bileşeni olan epoksiler, diğer termoset plastikler gibi belli bir süre sonra sıvı hâlden katı hâle geçer ve bir iki hafta içinde son sertliğe ulaşırlar. Kompozit Malzemelere Giriş

Yapıların çevresel etkilere karşı dayanıklı hale getirilmesi her zaman yapı sektörünün en önemli tartışma ve araştırma konularından biri olmuştur. Bundan dolayı epoksi, her türlü kara ve deniz yapılarında, doğanın (rüzgar, fırtına, dalga, ısıl değişimler, donma-çözünme, kirlenme, kimyasal etkiler, vs.) ve sanayinin (mekanik, fiziksel ve kimyasal) en kötü şartlarına karşı yapı yüzeylerini (iç ve dış) estetik olarak kaplayarak korumak için geliştirilen bir yapı malzemesidir.

Self leveling epoxy kaplama
43

Üstün Özellikleri Sürtünmeye ve aşınmaya karşı dayanıklı yüzeyler oluşturur. Dekoratif uygulamalarda geniş bir renk yelpazesine sahiptir. Agrega ilave edilerek sürtünme direnci artırılır ve kayma direnci yüksek bir zemin elde edilebilir. Estetiktir, kolay temizlenir ve hijyeniktir. Solvent içermez. Yağ ve Kimyasallara karşı dayanıklıdır. Suya, aside ve alkaliye karşı direnci çok iyidir ve zamanla bu direnci kaybolmaz. Mekanik özellikleri iyidir. Islakken 140ºC, kuruyken 220ºC ‘ye kadar ısıl dayanıma sahiptir. Sertleşme sırasında düşük oranda çekme meydana gelir. Birçok elyaf ile iyi bir bağ oluşturur. Cam ve karbon elyafı ile mükemmel mekanik özelliklere sahip kompozit elde edilebilir. Bu kompozitler uzay, havacılık ve denizcilik sektöründe yaygın olarak kullanılır. Yapıştırıcı olarak kullanılan bir kimyasal reçinedir. Tamir amacıyla çatlağa doldurulmuş epoksi, çatlağın neden olduğu süreksizliği giderir ve çatlak kenarlarını birbirine bağlayarak gerilme yığılmalarını önler. Kompozit Malzemelere Giriş

Dezavantajları Maliyetleri yüksektir. Cilde zararlıdırlar. Doğru karışım son derece önemlidir. Kompozit Malzemelere Giriş

Kullanım Alanları Yüzey koruyucu kaplama olarak; Boru kaplamalarında, Astar olarak teneke kutu kaplamalarında, zemin kaplamalarında, Aşınmaya karşı koruyucu kaplama olarak ve dekoratif kaplama olarak kullanılır. İnşaat sektöründe; çatlakların ve oyukların doldurulmasında, çelik donatıların yerleştirilmesinde ve yapıştırıcı olarak yapı elemanlarında kullanılır. Taze betonu, eski sertleşmiş betona bağlamak için yapıştırıcı olarak ayrıca prefabrik beton elemanların montajında, çatlak ve kırıkların tamiratında, Ahşap malzemelerin tamiratında, değişiklik yapılmasında ve imalat hatalarının giderilmesinde, ve Ahşap, metal (çelik, alüminyum gibi) ve taş malzemelerin yapıştırılmasında, Yüksek dayanımlı zemin ve duvar boyası olarak ve su altı imalatlarında, Kimyasal dirençleri, sertlikleri ve yapışma özelliklerinden dolayı otomotiv sanayinde, Elektrikli ve elektronik cihaz imalatlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompozit Malzemelere Giriş

Dünyadaki petrol rezervlerinin tükenmesi ve mevcut enerji kaynaklarının çevre kirletici olması sebebi ile alternatif enerji kaynaklarının kullanımı kaçınılmaz bir hale gelmiştir. İlk büyük petrol krizi ile ivme kazanan rüzgar enerjisi de bu alternatif kaynaklardan bir tanesidir. 1970'li yılların başlarındaki teknolojiler ile azami 25 kW mertebelerinde rüzgar türbinleri imal edilebilirken, kompozit ve elektrik-elektronik teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde günümüzde 5000 kW gücünde makinalar daha ekonomik bir şekilde üretilebilmektedir. Bu türbinlerin kanatları 60 metre boyuna kadar cam-karbon-epoksi kompozit malzemelerden üretilebilmektedir. Kompozit Malzemelere Giriş 48

FENOLİK 300 ºC ye kadar sürekli, eğer asbest elyafla takviye edilirse 1000 ºC ye kadar kısa süreli olarak kullanılabilirler. Viskoziteleri yüksektir. Gözenek oluşma tehlikesi yüksektir. Bu nedenle yüksek kalıplama basınçları gerekir. Sertleşme sonrası 250 ºC ye kadar ısıl işlem uygulanması gerekir. Suya ve bir çok aside karşı dayanıklıdırlar. Ancak alkalilere duyarlıdırlar. Kırılgan yapılı fenolik reçinelerde yüzey kalitesi düşüktür. Kompozit Malzemelere Giriş

SİLİKON Mekanik özellikleri düşük olmasına rağmen 250 ºC ye kadar sürekli olarak çalışabilir. Suya, ısıya ve korozyona karşı dayanımları çok iyidir. Maliyetleri yüksektir.

POLİİMİD Polimit; yüksek sıcaklık reçinesidir.
ºC sıcaklığa kadar kullanılan polimit reçinelerdir. Üretimleri zordur. Maliyetleri yüksek reçinelerdir.

POLİÜRETAN/ ÜRETAN Poliüretan (Üretan); karbamat bağlantıları ile birleştirilen organik üniteler zincirinden oluşan bir polimerdir. Köpükler, yüksek performanslı yapıştırıcılar, sentetik elyaf, contalar, halıların alt kısımları, sert plastik gibi malzemelerin imalatında kullanılırlar. Esnek poliüretan köpükler, poliüretan süngerler olarak da bilinirler ve yataklarda, mobilyalarda konfor malzemesi olarak kullanılırlar. Esnemeyen poliüretan köpükler ise, daha çok ısı ve ses izolasyonunda kullanılırlar. Poliüretan ürünlere çoğu zaman lar da denir. Ancak etil karbamat olarak da bilinen özel üretan maddesi ile karıştırılmamalıdır. Poliüretanlar etil karbamatdan yapılmaz ve onu içermezler. Poliüretanlar ilk kez Alman bilim adamı Otto Bayer tarafından 1937 yılında sentezlenmiş ve diizosiyanatın diol ile reaksiyonuyla elde edilmiştir. Ortamda su olması halinde, diizosiyanatın bir kısmı diol ile polimerleşirken küçük bir kısmı suyla birlikte gaz (karbondioksit) çıkışı sağlanarak gözenekli poliüretan yapıyı (köpük veya sünger yapı) meydana getirir. Olgunlaşma süresi (24-72 saat) sonunda oldukça sağlam bir polimer yapı elde edilir. Daha sonraları diollerin yerini daha büyük molekül ağırlıklı, polieter veya poliester yapısındaki polioller almıştır. Bu şekilde elde edilen poliüretan daha mukavim ve daha esnek yapıya sahiptir.

Cynate Ester Genellikle uçak endüstrisinde kullanılırlar. Yalıtkanlıkları çok iyidir. Yaş durumda 200ºC’ ye kadar kullanılabilirler. Kompozit Malzemelere Giriş

Bazı Termoset Matrislerin Özellikleri
Polyester Epoksi Polimit Yoğunluk(gr/cm3) Çekme Mod.(GPa) 2 - 5 Kayma Mod.(GPa) 1 - 2 1.5 - Çekme Muk.(MPa) Basma Muk.(MPa) - 288 Poisson Oranı 0.25 – .39 Kopma uzaması(%) 2 - 6 1.5 – 8.5 Isıl Gen.Katsayısı (oC ) Kullanım Sıcaklığı (oC) 300 Çekme (%) 5 - 12 1 - 5 -

Termoplastik Malzemeler
Hem otomotiv sektöründe hem de uçak sanayisinde yaygın olarak kullanılan Termoplastiklere, ısıl yumuşar reçineler de denir. Bu malzemeler yumuşatılıp sertleştirilebilirler ve soğuduklarında biçimlenmiş olurlar. Termoplastikler düşük sıcaklıklarda serttirler ve ısıtıldıklarında tekrar yumuşarlar. Metallerin yaklaşık 5 katı termal genleşme katsayılarına sahiptirler. Özgül ısıları metallerin 2 katı seramiklerin 4 katıdır. Termal iletkenlikleri ise metallerden 3 kat düşüktür. Çoğunlukla enjeksiyon ve ekstrüzyon kalıplama yöntemleri ile üretilen termoplastikler, GMT (Glass Mat Reinforced Thermoplastics / Preslenebilir Takviyeli Termoplastik) üretim tekniklerinde kullanılırlar. Kompozit Malzemelere Giriş

Termoplastiklerin Üstün Özellikleri
Termoplastiklerin bazı avantajları aşağıdaki gibi sıralanabilir: Hammadde olarak raf ömürleri uzundur. Geri dönüşüm kabiliyetleri bulunmaktadır. Yüksek süneklik oranına (%1-500) sahiptirler. Termoplastik mamuller, işlem sonrası ısıtılarak yeniden şekillendirilebilirler. Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastikler, soğutucu olmaksızın depolanabilirler. Sertleşmeleri için organik çözücülere ihtiyaç duyulmaz. Üstün kırılma toklukları nedeniyle darbe dayanımları da yüksektir. Elektrik yalıtkanlık özellikleri çok iyidir. NOT: Yeni gelişmelerle birlikte, termoplastiğin sağladığı bu avantajları, son dönem termoset matrislerinden Epoksi ve BMI reçineleri de sağlamaktadırlar. Kompozit Malzemelere Giriş

Termoplastiklerin Bazı Dezavantajları
Çok düşük mukavemete (bilhassa çekme) düşük sertliğe ve düşük rijitliğe sahiptirler. Kompozit malzeme üretiminde matris olarak kullanılmaları zor ve maliyetleri de yüksektir. Oda sıcaklığında işlenmeleri zordur. Bazı termoplastikleri istenilen şekillere sokabilmek için çözücülere ihtiyaç duyulur. Termoplastik hammaddeleri, termoset malzemelere göre daha pahalıdır. Oda sıcaklığında bile sünme (zamana bağlı şekil değişimi) olabilir. Düşük ergime sıcaklığına sahiptirler.

Termoplastiklerin Yapıları
İlk zamanlar amorf yapılı reçinelerden PoliEterSulfon (PES) ve PoliEterImid (PEI) matris olarak kullanılıyordu. Daha sonraları havacılık sektöründe kullanılmak üzere PoliEterEterKeton (PEEK) ve PoliPhenilen Sulfid (PPS) gibi yarı-kristal yapılı plastik malzemeler geliştirilmiş olup, ayrıca sınırlı oranlarda PoliAmidImid (PAI) ve PoliImid (PI) gibi plastikler de kullanılmaktadır. Bu polimerler diğer termoplastiklerden farklı olarak polimerizasyonlarını kür aşamasında tamamlarlar. PoliAmid (PA), PoliBüTilen (PBT)/PET ve PoliPropilen (PP) gibi düşük sıcaklıklarda kullanılan polimerler üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Tüm bu polimerlerin dışında ABS, SAN, StirenMaleikAnhidrit (SMA), PoliSUlfon (PSU), PoliPhenilenEter (PPE) matris olarak kullanılmaktadır. Kompozit Malzemelere Giriş

Amorf Yapı Amorf yapı: Atomların dizilişi düzensiz olan yapıdır.

Bazı Termoplastikler Termoplastiklerin birçok çeşitleri bulunmaktadır. Asetal / Poli-Methelene-Metilen (POM) • Poli-Etilen (PE) • Polimet metha arkilik (Akrilik) • Poli-Amids (PA) / Naylon • Akronitril-Butadiene-Streyn(ABS) • Poli-Propilen (PP) • Poli-Tetra-Fluor-Ethylene (PTFE) • Poli-Vinil-Klorür (PVC) • Poli-Eter-Sülfon (PES) • Poli-Eter-Imid (PEI) • Poli-Amid-Imid (PAI) • Poli-Phenilen-Sulfid (PPS) • Poli-Eter-Eter-Keton (PEEK) • Poli-Stiren (PS) • Kompozit Malzemelere Giriş

Asetal / Poli-Methelene-Metilen (POM) Temel malzemesi formaldehit olup ticari olarak Poli-Methelene-Metilen (POM) bilinir. Yüksek rijitlik, dayanım, tokluk ve aşınma direncine sahiptir. Ergime noktası (180oC) olup nem alma kapasitesi düşüktür. Bu özellikleri ile çinko ve pirince yakındır. Bazı otomobil parçaları, kapı kolları, pompa parçaları gibi elemanların imalatında kullanılır. Kompozit Malzemelere Giriş

Akrilik/Poli-Met-Metha-Arkilik (PMMA)
Akrilik veya Poli-Met-Metha-Arkilik (PMMA), lineer polimer olduğundan şekilsizdir. Saydamlığı nedeniyle optik uygulamalarda cama alternatif olarak kullanılır. Örnek: oto kuyruk ışığı lensleri ve uçak camları. Çizilme dirençlerinin düşük olması camlara göre dezavantajdır. Tekstilde ve Poli-Akro-Nitril (PAN) üretiminde yaygın olarak kullanılır.

Akronitril-Butadiene-Streyn (ABS) Üstün özelliklere sahip olan ABS iki fazlı olup 1. fazı sert Streyn-Acrylonitrile kopolimeri iken, 2. fazı Streyn-Butadiene kopolimeri olup kauçuktur. Üç farklı temel hammaddesi değişik oranlarda karıştırılarak elde edilir. Kompozit Malzemelere Giriş

Poli-Tetra-Fluor-Ethylene (PTFE) Teflon olarak ta bilinen bu malzemenin, çevresel ve kimyasal etkilere karşı direnci oldukça iyidir. Sudan etkilenmez ayrıca elektrik ve ısıl direnci iyidir. Düşük sürtünme direncinden dolayı yağlanamayan parçaların imalatında kullanılır. Kimya sanayisinde ve gıda sektöründe de kullanılmaktadır. Kompozit Malzemelere Giriş

Poli-Amids (PA) En önemli PA ailesi Naylon (Naylon 6 ve Naylon 6.6) olup Du Pont şirketi tarafından geliştirilmektedir. Mukavemeti, elastik modülü yüksek ve aşınma direnci de iyidir. Kendi kendini yağlama özelliğine sahiptir. 125oC ye kadar mekanik özelliklerini koruyabilir. Su emmesi en önemli dezavantajıdır. Düşük sürtünmenin gerekli olduğu ve yüksek mukavemet gerekli olmadığı yerlerde (Dişli, yatak gibi) metal yerine kullanılabilir. İkinci gurup PA Aramidler olup ticari isimleri Kevlardır. Kevların özgül mukavemeti çelikten oldukça yüksektir. Kompozit Malzemelere Giriş

Poli-Etilen (PE) Düşük ve yüksek yoğunluklu olmak üzere iki türü olan PE nin deformasyon direnci iyidir. Düşük nem alma, düşük maliyet, kimyasal kararlılık, kolay işlenebilirlik, yalıtkanlık gibi üstün özelliklerinden dolayı film ve tel imalatında kullanılırlar. Yüksek yoğunluklu PE nin mukavemeti ve rijitliği daha yüksektir. Şişe, boru gibi elemanların imalatında kullanılır. Kompozit Malzemelere Giriş

Poli-Propilen (PP) Enjeksiyon kalıplarında kullanılan hafif bir plastik olup özgül mukavemet değeri çok iyi konumdadır. Ergime sıcaklığının yüksek olmasından dolayı belirli alanlarda kullanılır. Kompozit Malzemelere Giriş

Poli-Vinil-Klorür (PVC) Gıda anbalajlama, oyuncak, döşeme, pencere, kapı imalatlarında kullanılırlar. Ayrıca rijit borular, tel ve kablo yalıtımı, film imalatı gibi alanlarda kullanılır. PVC ısı ve ışığa karşı kararsızdır. Kompozit Malzemelere Giriş

ELASTOMERLER Elastomerler, termosetler gibi çapraz bağlı olan uzun zincir moleküllerinden oluşur. Küçük kuvvetler etkisinde çok büyük elastik deformasyonlar meydana gelir. Bazılarında % 500 civarında elastik şekil değişikliği meydana gelebilir. En önemlileri kauçuk olup iki kategoride incelenebilir: a- Doğal kauçuk; Belirli bitkilerden elde edilir. b- Sentetik kauçuk; termoset ve termoplastik polimerlerde kullanılırlar ve benzer polimerizasyon işlemleriyle üretilirler. Kompozit Malzemelere Giriş

Belli başlı termoplastik reçineler
Malzeme Erime sıcaklık aralığı (°C) Maksimum işlem sıcaklığı (°C) PP Poli-Propilen 110 PA Poli-Amid 170 PES Poli-Eter-Sülfon - 180 PEI Poli-Eter-Imid - 170 PAI Poli-Amid-Imid 230 PPS Poli-Phenilen-Sulfid 240 PEEK Poli-Eter-Eter-Keton 390 250

Bazı Termoplastiklerin Mekanik ve Termal Özellikleri
Malzeme Adı Öz Kütle g/cm3 Çekme Muk. MPa Elastik Mod. MPa Sıcaklık Sınırı oC Poli-Etilen (PE) (düşük yoğunluk) 7-17 80 Poli-Etilen (PE) (yüksek yoğunluk) 20-37 100 Poli-Vinil-Klorür (PVC) 40-60 110 Poli-Propilen (PP) 50-70 105 Poli-Stiren (PS) 35-68 85 Akronitril-Butadien-Streyn(ABS) 42-50 - 75 Poli-Met-Metha-Arkilik (PMMA) 50-90 125 Poli-Tetra-Flor-Etilen(PTFE)(Teflon) 17-28 120 Poli-Amids (PA) Naylon 6.6 60-100 82

Metal Matris Malzemeleri
Bazı durumlarda metaller de matris olarak az da olsa kullanılmaktadır. Metal matrisli kompozitler, otomotiv, uzay, havacılık gibi bazı alanlarda kullanılmaktadır. Metal matris malzemeleri, plastik matrislere göre mukavemetleri, rijitlikleri ve toklukları yüksek olduğundan kompozit malzemenin bu özelliklerinin yükselmesinde büyük katkı sağlarlar. Metal matrisler her elyafla iyi bir kompozit oluşturmazlar. Ancak yüzeyi silisyum karbür kaplanmış boron elyafı ile iyi bir kompozit yapı elde edilebilir. Metal matrisler, her elyafla iyi ara yüzey oluşturmadıkları için kompozit üretimi zor ve pahalı olup bu en önemli dezavantajlarından biridir. Kompozit üretiminde hafif metallerden alüminyum, magnezyum, nikel, titanyum, bakır, çinko ve bunların alaşımları sıkça kullanılan metal matris malzemelerdir. Kompozit Malzemelere Giriş

Alüminyum ve Alaşımları
Yaygın kullanılan metal matrislere örnek olarak 6061 ve 2024 alüminyum alaşımları ile 1010 saf alüminyum verilebilir. Kompozit malzeme oC de sıcak presleme ile üretilir. Böyle bir malzeme 300oC ye kadar özelliklerini korur. Alüminyum alaşımları ile Karbon elyafı kullanılarak da kompozit üretilebilir. Ancak aralarındaki korozyonu önlemek için elyaf yüzeyinin nikel veya gümüşle kaplanması gerekir. Elektrik iletkenliğinin gerekli olduğu alanlarda tercih edilirler. Alüminyum alaşımlarında Mg, Mn, Si, Cu, ve Zn alaşım elementleri tek tek veya birkaçı birlikte belirli özellikleri sağlamak üzere kullanılır. Bunlar: - Sertleşmeyen alaşımlar: Al-Mg ve Al-Mn, - Çökelme ile sertleşebilen: Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si ve Al-Zn-Mg şeklinde sınıflandırılabilirler.

Magnezyum ve Alaşımları
Magnezyumun mukavemeti Alüminyumdan düşük olmasına rağmen, yoğunluğu (1.74 gr/cm3) düşük olduğundan özgül mukavemeti Al dan yüksektir. Bundan dolayı uzay araçlarında, yüksek hızlı makinelerde ve nakliye araçlarında kullanılır. Korozyon dirençlerinin kötü olması, düşük rijitlik, yorulma mukavemetlerinin düşük olması ve yüksek sıcaklıkta sünme ve aşınma özelliklerinin kötü olması dezavantajlarıdır. Magnezyumun ile kullanılan alaşım elementleri Al ve Zn dir. Magnezyumun da sertleşebilen ve sertleşmeyen türleri bulunmaktadır. Talaşlı imalatta diğer metallere göre daha iyidir.

Çinko ve Alaşımları Zn ve alaşımlarının ergime sıcaklıklarının düşük (419oC) olması döküm malzemesi olarak tercih edilmelerini sağlamaktadır. Bundan dolayı 0.5 mm kalınlıklı ince cidarlı, karışık şekilli ve küçük çaplı delikler kolaylıkla oluşturulabilir. Pres dökümle üretilen Zn alaşımları Zamak adını alır: Zamak-3, Zamak-5, Zamak-8, Zamak-15 ve Zamak-27 alaşım çeşitleri bulunmaktadır. Bu alaşımlar Z33520, Z35540 vb. şeklinde de kodlandırılmaktadır. Zn anot ve çelik/döküm katot olmak üzere, dökme demir ve çelik üzerine kaplandığında korozyon direnci sağlar (Zn ile kaplı çelik=Galvanize çelik). Çinkonun yoğunluğu (7.13 gr/cm3) olup bu oldukça yüksektir. Düşük devirlerde ve ağır yüklemelerde aşınma dirençleri çok iyidir. Zn ve alaşımları oda sıcaklığında yorulma dayanımı iyi fakat düşük sıcaklıklarda gevrektirler. Bunlar uzun süre kullanımlarında süneklikleri artarken dayanımları biraz düşer. Mutfak eşyaları, bazı otomobil hassas parçaları Zn pres dökümle üretilmektedir. Kompozit Malzemelere Giriş

Titanyum ve Alaşımları
Metaller arasında Titanyumun ısıl genleşme katsayısı en düşük olanlardandır. Ayrıca mukavemet ve rijitliği Alüminyumdan daha yüksektir. Korozyon dirençleri de iyidir. Titanyum ile kullanılan alaşım elementleri Al, Mn, Si ve V dur. Isıya dayanımları nedeniyle titanyum alaşımları kompresör pervanesi, disk gibi makine elemanlarının imalatında kullanılırlar. Matris olarak titanyum alaşımları, Borsic ve SiC elyafla birleştirilerek kompozit üretilebilir. Bunların kullanım sıcaklıkları oC civarındadır. Üstün özgül mukavemetleri nedeniyle özellikle uçak ve uzay sanayisinde kullanılır. Kompozit Malzemelere Giriş

Yüksek Sıcaklık Matrisleri: Seramikler
Seramik; en basit tarifiyle, “çok yüksek sıcaklıkta pişlirilmiş toprak” demektir. Seramiğin tarihi, uygarlık tarihi kadar eskidir. Seramik; daha teknik bir tanımla, bir veya birden fazla metalin, metal olmayan elementlerle birleşmesi ve sinterlenmesi sonucunda elde edilen inorganik bileşiktir. Silikatlar, alüminatlar, su ve metal oksitler ile alkali ve toprak alkali bileşiklerden oluşmaktadır. Seramik grubuna oksitler, nitritler, boridler, karbitler, silikatlar ve sülfidler girmektedir. Bazı seramiklerde iyonik, kısmen kovalent bağ bulunur. Bundan dolayı çok kararlı bir yapıya sahiptirler. Bazı seramikler amorf, bazıları kristal yapılıdırlar. Seramik malzemeler; endüstriyel fırınlar (tuğla fb.), elektrik-elektronik, optik sanayisi gib pek çok alanda kullanılmaktadır. 77

Seramikler (Devam) Mukavemetleri çok yüksek olmakla birlikte, Seramik malzemeler, çok sert ve gevrek yapıya oldukları için kırılgan yapıya sahiptirler. Bu nedenle kullanım alanları sınırlıdır. Isıl dayanımları yüksek olduğundan, yüksek ısıya maruz yerlerle kullanılırlar. Örnek: Endüstriyel fırınlar, elektronik ve optik cihazlar giibi. Ergime sıcaklıkları yüksektir (silis 1750ºC'de alüminat 2050ºC'de ergir). Elektrik ve ısıl yönden yalıtkandırlar. Silise %6 alüminat ilave edilirse ergime sıcaklığı 1550ºC'e düşer. Demir oksit ve alkali bileşikler ergime sıcaklığını daha da azaltarak 900ºC’ye kadar düşürebilir. Seramikler matris olarak kullanılmaları halinde, kompozit malzemeler 1300oC ye kadar kullanılırlar. Örnek: SiC veya Al2O3 elyaf ile takviye edilmiş SiC ve Si3N4 seramikleri Karbon elyafının da kullanıldığı bu tür matrislerde (cam, seramik, mullit, MgO, Al2O3, Sic) elyafın görevi malzemenin tokluğunu artırmaktır 78

Karbon Elyafı-Karbon Matrisi
Karbon matris - karbon elyafından elde edilmiş kompozitler 4000oC ye kadar dayanabilirler. Bu kompozitler, yüksek sıcaklıklarda çok iyi termal ve mekanik özelliklere sahiptirler.

Takviye/Elyaf Malzemeleri

Takviye/Elyaf Malzemeleri
Elyaf malzemelerinin fiziki özellikleri, üretilen kompozit malzemenin özellikleri üzerinde çok etkilidir. Takviye malzemeleri 3 kategoride incelenebilir: Parçacık takviye elemanları, Süreksiz elyaf malzemeleri, Sürekli elyaf malzemeleri şeklinde sınıflandırılabilir. 81

Parçacık takviye elemanları:
Bu tür takviye malzemeleri, mikroskopik veya makroskopik boyutta olabilirler. Parçacık takviyeli kompozitler, izotropik malzeme gibi değerlendirilir. Matris Parçacık takviye

Büyük ve küçük parçacık şeklinde kullanılırlar:
Büyük parçacık olarak kullanılan kompozitlerde, yük bileşenler tarafından birlikte taşınır (Agrega). Küçük parçacıklar ise, dislakasyonların hareketlerini engelleyerek kompozitin mukavemetini artırırlar. Parçacık boyutları 1 μm yi geçmez (Al2O3 ve SiC seramikler).

Döküm yoluyla üretilen parçacık takviyeli kompozitlerin en büyük dezavantajı, eriyik viskozitesinin düşmesi nedeni ile parçacıkların ıslatılamaması ve homojen dağılımdaki zorluktur. Parçacık takviyeli kompozitlerin üretimi elyaf takviyeli kompozitlere göre daha ekonomiktir. Ancak Elyaf takviyeli kompozitler, parçacık takviyelilere göre daha üstün mekanik özelliklere sahiptirler.

Süreksiz Elyaflar Doğranmış- Öğütülmüş elyaf/Whiskers
Liflerin çapları birkaç μm yi geçmemektedir. Süreksiz elyaflar birkaç mm den birkaç cm ye kadar değişen ölçülerde olabilmektedir. Bu nedenle elyafın parçacık halden lif haline geçişi için çok uzun olmasına gerek yoktur.

Sürekli Elyaflar Günümüzde kompozit yapılarda kullanılan en önemli takviye malzemeleri sürekli elyaflardır. Sürekli elyaflar, özellikle modern kompozitlerin gelişmesinde önemli rol oynamaktadır. Elyaf takviyeler, kompozitin temel mukavemet elemanları olup Düşük yoğunluk, Yüksek elastisite modülü, Yüksek mukavemet, Sertlik gibi özelliklere sahip olmaları gerekir. Matris Sürekli Elyaf

Sürekli elyaf malzemeleri, tel sarma metodu gibi metotlarla kesilmeden ip şeklinde üretilirler ve kullanılırlar. Elyaflar kendi boyları doğrultusunda, kompozitin mekanik özelliklerini iyileştirirler. Kompozit Malzemelere Giriş

Elyaf malzemelerinin yüksek performanslı mühendislik malzemeleri olmalarının nedenleri:
Küçük çapta üretildikleri ve tane boyutları küçük olduğu için malzeme kusurları minimize edilmiştir. Bu nedenle üstün mikroyapısal özelliklere sahiptirler. Bundan dolayı Elastisite modülleri ve mukavemetleri yüksektir. Lif boyu/çap oranı büyük olduğundan matris tarafından elyafa iletilen yük miktarı da artmaktadır.

Dokuma Elyaflar: Kompozit bir tabakada farklı yönlerde eşit mukavemet elde edebilmek için kumaş şeklinde dokunmuş elyaflar kullanılır. Sürekli liflerle hazırlanan dokuma elyaf kumaşlarının farklı amaçlar için geliştirilmiş türleri bulunmaktadır.

Elyaf Dokuma Örnekleri

Elyaf Malzemeleri Cam elyafı, Karbon (Graphite) elyafı,
Aramid (Kevlar) elyafı, Bor elyafı, Oksit elyafı, Yüksek yoğunluklu polietilen elyafı, Poliamid elyafı, Polyester elyafı, Doğal organik elyaflar Bu elyaf malzemeleri arasından en çok Cam, Karbon, Bor ve Aramid elyafları kullanılmaktadır. Bu üç elyaf türü de sürekli elyaf olarak üretilebilmektedir.

Cam Elyafı Cam elyafı; silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda gibi maddelerden üretilmektedir. Cam elyafı, elyaf takviyeli kompozit üretiminde en çok kullanılan elyaf türüdür. Cam elyafı; eritilmiş camın, özel tasarlanmış tabanında küçük delikler bulunan özel bir fırından basınç altında geçirilmesiyle üretilir. Kompozit Malzemelere Giriş

Cam elyafı üretim tesisinin şematik görünüşü

Schematic glass fibre manufacturing process

Cam elyaf türleri A Camı - Pencerelerde ve şişe imalatında en çok kullanılan cam çeşidi olup kompozit üretiminde çok fazla kullanılmaz. C Camı - Kimyasallara direnci yüksektir. Depolama tankları gibi yerlerde kullanılır. E Camı -Takviye elyaflarının üretiminde en çok kullanılan cam türüdür. Düşük maliyet, iyi yalıtım ve düşük su emiş oranı özelliklerine sahiptir. S ve R Camı - Yüksek maliyetli ve yüksek performanslı bir malzemedir. Uçak sanayisinde yaygın olarak kullanılır. Elyaf içindeki tellerin çapları E Camının yarısı kadar olduğundan lif sayısı artar. Bundan dolayı üretilen kompozitin özellikleri çok üstün olur ve daha sert yüzey elde edilir. Kompozit Malzemelere Giriş

Elyaf çapına bağlı olarak demetteki lif sayısı farklılaşabilir.
Cam elyafı biçimlendirildikten sonra yıpranmaya karşı dayanımın artması için kaplama işlemi yapılır. Elyaf kaplama malzemesi olarak genellikle kompozit üretiminden önce (suyla) kolaylıkla çözülebilen polimerler kullanılır. Elyaf ile reçinenin birbirine iyi yapışması çok önemlidir. İyi yapışma olmazsa, kompozit malzemenin sertliği ve mukavemeti düşük olur. Bu durumun engellenmesi için elyaf kimyasallarla kaplanır. Elyaf çapına bağlı olarak demetteki lif sayısı farklılaşabilir.

CTP BORULAR Kompozit Malzemelere Giriş

Karbon Elyafı 1965 ten sonra geliştirilen özellikle uçak ve uzay sanayinde geniş uygulama alanı bulan karbon elyafı, kompozit teknolojisinde büyük öneme sahiptir. Cam elyaf, günümüzde en çok kullanılan takviye malzemesi olmasına rağmen, gelişmiş kompozit malzemelerde yaygın olarak karbon elyafı kullanılmaktadır. Karbon elyafı cam elyafına göre daha hafif ve mekanik özellikleri daha iyidir. Ancak üretim maliyetleri yüksektir. Hava araçlarının iskeletlerinde ve spor araçlarında metallerin yerine kullanılmaktadır. Kompozit Malzemelere Giriş

Karbon Elyafı (PAN) Üretim Şeması
Karbon elyafı yüksek ısıl işlem uygulandığında karbonlaşır. Bu yeni elyafa grafit elyafı denir. Günümüzde karbon elyafı ve grafit elyafı aynı malzemeyi tanımlamaktadır. Kompozit Malzemelere Giriş

Karbon elyafı yüksek ısıl işlem uygulandığında karbonlaşır. Bu yeni elyafa grafit elyafı denir. Günümüzde karbon elyafı ve grafit elyafı aynı malzemeyi tanımlamaktadır. TEKSTİL ve KONFEKSİYON 3/2006 Poliakrilnitril liflerinden karbon lif üretimi Kaynak: “Karbon liflerinin üretimi” Tekstil ve Konfeksiyon, E.Ü. 2006

PoliAkrilNitril (PAN) ile karbon lifi üretim aşamaları

Karbon Elyafının Üstün Özellikleri
Yüksek elastisite modülü, Düşük yoğunluğu, Yüksek sıcaklık dayanımın, Korozyon dayanımı, Yüksek sertlik, Yüksek mukavemet ve yorulma dayanımı, Bütün reçinelerle kompozit oluşturabilme, Sürekli geliştirilebildiğinden, karbon elyaf çeşitleri sürekli değişmektedir. Kompozit Malzemelere Giriş

Karbon Elyafının Dezavantajı
Karbon elyafın üretimi pahalıdır. Bazı Kullanım Alanları Uçak sanayinde, Sportif aletlerin imalatında, Tıbbi malzemelerin ve cihazların imalatında yaygın olarak kullanılır. Kompozit Malzemelere Giriş

Karbon elyafı piyasada 2 biçimde bulunur:
Sürekli Elyaf: Dokuma, Örgü ve bobine sarılmış olarak bulunur. Bantlarda, Prepreg‘lerde, vb. kullanılmaktadır. Kırpılmış Elyaf (whichkers): Genellikle enjeksiyon kalıplarında, Basınçlı kaplarda, Makine elemanları imalatında, kimyasal ortamlarda kullanılırlar. Kompozit Malzemelere Giriş

Karbon elyafı iki malzemeden üretilmektedir: Zift tabanlı karbon elyafı: Düşük mekanik özelliklere sahip olduğundan yapısal uygulamalarda az kullanılır. PAN (PoliAkriloNitril) tabanlı karbon elyafı: Mukavemeti yüksek ve daha hafiftir. Sürekli geliştirilmektedir. Kompozit Malzemelere Giriş

PAN Elyafın Üretim Süreci:
PAN, dört aşamada karbon elyafına dönüşür: 1. Oksidasyon: Elyaf hava ortamında 300 oC de ısıtılır. Bu işlem, elyaftan H’nin ayrılmasını daha uçucu olan O ‘nin eklenmesini sağlar. Sonra karbonizasyon aşaması için elyaflar kesilerek grafit teknelerine konur. Polimer, merdiven yapısından kararlı bir halka yapısına dönüşür. Bu işlem sırasında elyafın rengi beyazdan kahverengiye, sonra siyaha dönüşür. Kompozit Malzemelere Giriş

2. Karbonizasyon: Elyafın yanıcı olmayan ortamda 3000° C’ye kadar ısıtılarak liflerin %100 karbonlaşma aşamasıdır. Karbonizasyon işleminde uygulanan sıcaklık üretilen elyafın sınıfını belirlemektedir. Kompozit Malzemelere Giriş

3. Yüzey iyileştirmesi: Karbon yüzeyinin temizlenmesi, Elyafın, kompozit malzeme üretiminde, reçineye daha iyi yapışabilmesi için elektrolitik banyoya yatırılma aşamasıdır. Kompozit Malzemelere Giriş

4. Kaplama: Elyaf, reçine ile kaplanır. Genellikle bu kaplama işlemi için epoksi kullanılır, Epoksi, kompozit malzeme üretiminde kullanılacak reçine ile elyaf arasında bir ara-yüz görevi yapar. Kompozit Malzemelere Giriş

Karbon Elyafın Isıl Özellikleri

Aramid (Kevlar) Elyafı (DuPont-Aromatic Polyamid)
Polimerler, matris olarak kullanılmalarının yanı sıra elyaf olarak da kullanılırlar. Örnek Kevlar (Aramid) bir polimer elyafı olup kompozit malzemeye yüksek mukavemet ve sertlik kazandıran, hafif bir malzemedir. Aramid, bir çeşit naylon olan aromatik poliamiddir. Aramid elyafı piyasada daha çok ticari isimleri Kevlar (DuPont) ve Twaron (Akzo Nobel) ile bilinmektedir. En çok kullanılan Kevlar (Aramid) elyafları Kevlar 29, ve Kevlar 49 dır. Farklı uygulamalar için farklı özelliklere sahip aramid elyafı üretilebilmektedir. Genellikle doğal rengi sarıdır. Kompozit Malzemelere Giriş

Bazı Üstün Özellikleri; Düşük yoğunluk, Yüksek mukavemet ve yorulma dayanımı, Yüksek darbe dayanımı ve aşınma dayanımı, Yüksek kimyasal dayanım, E-Cam elyafına yakın basınç dayanımı, Kevlar elyaflı kompozitler, Cam elyaflı kompozitlere göre 35% daha hafiftir. Kompozit Malzemelere Giriş

Aramid (Kevlar) elyafın dezavantajları Bazı aramid elyaf türleri ultraviole ışınlarına hassastırlar. Işığa duyarlı olduklarından karanlıkta saklanmaları gerekir. Matrisle iyi birleşmeyebilirler. Bu durumda reçinede mikroskobik çatlaklar oluşabilir. Bu çatlaklar, malzeme yorulduğunda su emişine yol açabilir. Kompozit Malzemelere Giriş

Aramid (Kevlar) elyafın bazı kullanım alanları; Balistik koruma uygulamaları; Askeri kasklar, Yüksek darbe dayanımlı Kevlar 29 kurşun geçirmez yelek imalatında, Koruyucu giysiler; eldiven, motosiklet koruma giysileri, avcılık giysi ve aksesuarları, Yelkenli yatlar için yelken direği, Hava araçlarında gövde parçaları, Tekne gövdesi, Endüstri ve otomotiv uygulamaları için kemer ve hortum, Fiberoptik ve elektromekanik kablolar, Debriyajlarda bulunan sürtünme balatalarında ve fren kampanalarında, Yüksek ısı ve basınçlarda kullanılan conta, salmastra vb. Kompozit Malzemelere Giriş

Bor Elyafı Karbon elyafından daha güçlü ve aynı zamanda daha pahalı elyaf türü ise bor elyafıdır. Bor, oda sıcaklığında katı durumda olan ikinci hafif elementtir. Çekirdek (genellikle Tungsten/Wolfram) olarak adlandırılan ince bir telin üzerine bor kaplanarak imal edilir. Bu nedenle Bor elyafı kendi başına bir kompozittir. Bor-tungsten elyaflar, sıcak tungsten flama (ince tel) nın H ve Bortiklorür (BCl3) gazından geçirilmesi ile üretilir. Böylece Tungsten flamanın dışında bor tabakası oluşur. Bor elyaflar değişik çaplarda üretilir. Mekanik özellikleri yüksek olduğundan havacılıkta kullanılmaktadır. Silisyum karbür (SiC) veya Bor Klorür (B4C) kaplanarak yüksek sıcaklıklara dayanım artar. Özellikle (B4C) kaplanmasıyla çekme mukavemeti önemli ölçüde artar. Bor elyafının maliyeti yüksek olduğundan, son yıllarda karbon elyafı daha çok kullanılmaktadır. Kompozit Malzemelere Giriş

Bor Elyafı Üretim Şeması

Bazı Elyafların Özellikleri
E-Camı S-Camı Bor Karbon Kevlar49 Yoğunluk(gr/cm3) 2.54 2.49 2.68 1.85 1.44 Çekme Muk.(MPa) 2000 4750 3450 2900 3750 Çekme Mod.(GPa) 80 89 414 525 136 Lif çapı (µm) 3-200 3-13 5-13 12 Isıl G.K(oC ) 5 2.9 3 -1 -2 Kopma Uz. (%) 2.75 - 0.7 2.5 1 µm=10-3 mm veya 1 mm=1000 µm Kompozit Malzemelere Giriş

Bazı Elyaf malzemelerinin Gerilme-Şekil Değiştirme Diyagramları

Bazı Kavramlar Elyaf takviyeli kompozit bir malzemede, liflerin yönleri değiştirilerek farklı mekanik özellikler elde etmek mümkündür. Bu duruma anizotropik özellik denir. Demir, bakır, alüminyum gibi metaller ise, bütün yönlerde aynı mekanik özelliklere sahiptirler, bu duruma ise izotropik özellik denir. Kompozit Malzemelere Giriş

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Benzer bir sunumlar

... konulu sunumlar: "Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması"— Sunum transkripti:

Benzer bir sunumlar

Proje hakkında

Geri bildirim

Giriş

Sosyal ağ üzerinden giriş yapmak:

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Benzer bir sunumlar

... konulu sunumlar: "Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması"— Sunum transkripti:

Benzer bir sunumlar

Proje hakkında

Geri bildirim