kompozit malzemeler

www.muhendisce.net KOMPOZİT MALZEMELER KOMPOZİT MALZEMELERİN TANIMI Teknolojik gelişmelerin temelinde malzeme alanındaki ilerlemeler ve yeni buluşları yatmaktadır. Günümüzde malzeme bilimi tek bir mühendislik dalı olmaktan çıkmış, alt branşları olan metaller, ametaller, kimyasallar, organikler, inorganikler, polimerler vb gibi kollara ayrılmıştır. Kompozit malzemeler ise bu gruplar içerinde en önemlilerinden biri olarak çok geniş bir uygulama sahası bulmuştur. Havacılık, otomotiv, tekstil gibi önemli endüstri kolları kompozit malzemelerin önemini benimsemiş ve sürekli gelişmelerden kendilerine düşen payı almışlardır.

Genel olarak kompozit malzeme fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı iki veya daha fazla malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu çok üstün özelliklere sahip olan malzemelerdir.

Kompozit yapılar çatı ve matris diyebileceğimiz iki farklı oluşumun uygun usullerle bir araya getirilmesiyle teşkil edilirler. Adında çağrıştırdığı gibi çatı kompozit yapının mekanik mukavemetinin sağlamakla yükümlüdür. Kompozitlerde çatıyı teşkil eden uygun malzemelerin iplikçik halindeki formlarıdır.

Matris ise fiberleri bir arada tutan ve fiberler arsında gerilim aktarımını sağlayarak kompozit yapının mekanik özelliklerinin oluşumunu dolaylı olarak etkileyen ve fiberleri fiziksel ve kimyasal dış etkenlerden koruyarak kompozit yapının bir sistem olarak ortaya çıkmasını sağlayan kısımdır. Matris malzemesi olarak uygun metal alaşımları kullanılabileceği gibi daha yaygın olarak reçineler kullanılmaktadır.

Kompozit malzemelerin, metal malzemelere tercih edilmelerinin nedeni ağırlık olarak % 25„ lere ulaşan miktarda malzeme tasarrufu sağlamalarıdır. Bununla birlikte aşağıda sıralanan avantajlar bu malzemelere olan talebin nedenlerini göstermektedir. . İyi bir görünüm vermeleri . Diğer malzemelere uyumluluğu . Kolay imal edilebilirlik ve yüksek üretim miktarları . Düşük maliyet . Kalite . Uzun kullanım süresi ve iyi performans . Ham malzeme temin kolaylığı . Çok iyi fiziksel ve kimyasal özellikler.

KOMPOZİT MALZEMELERİN UYGULAMA ALANLARI Cam elyaflı kompozitlerin, mukavemet, hafiflik, düşük maliyet ve korozyon direnci gerektiren uygulamalarda kullanılması oldukça yaygındır. Günümüzde ise uzay sanayinde kullanılan malzemelerden spor malzemelerine kadar çok geniş bir spektrum içerisinde uygulama alnı bulmuştur. Kompozit malzemelerin uygulama alanlarından belli başlıları; Uçak Sanayi: Elyaf destekli kompozitler uçak parçaları için gittikçe çok cazip hale gelmiştir. Bu alanda en çok kullanılan elyaf, karbon, aramid ve camdır. Matris malzemesi olarak 120-170ºC arasında polimerleşen epoksiler kullanılmaktadır.

www.muhendisce.net Uzay ve Roket Sanayi: Roket sanayinde kompozitlerin ilk kullanım alnı roket kılıfı uygulamasıdır. Böylelikle roketlerin taşıma kapasitesi ve menzili artırılmıştır. Uzay mekikleri metal matrisli kompozitlerinn bol miktarda kullanıldığı ilk uygulamalardan birisidir. Uzay mekaniğinin ana çatısı, 242 tek yönlü borun elyafı alüminyum ana yapılı tüplerden oluşmuştur. Bu tüpler alüminyum tiplere göre % 44 ağılık tasarrufu sağlamıştır.

Otomotiv Sanayi: Otomotiv uygulamaları görünüş ve yapısal dayanıklılık olmak üzere iki sınıfa ayrıla bilir.

Mesela kaporta için görünüş önem arz eder. Ancak şasi gibi yük taşıyan elemanlarda mukavemet önemlidir.

Denizcilik Sanayi: Boyu 50 metreye kadar olan gemi ve tankerlerin gövdelerinin kompozitlerden imali ekonomik olarak mümkündür. Diğer taraftan lüks yatlar ve sürat motorları kompozitlerden imal edilirler.

KOMPOZİT MALZEMELERİN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI Kompozit malzemelerin, metallere göre avantaj ve dezavantajları şu şekilde sıralayabiliriz: Avantajları: . Çatlak ilerlemesi olayı minimize edilmiştir. . Titreşimleri absorbe edilme özelliği sağlanmıştır. . Kompozitlerden bazıları çok yüksek akma sınırı (akma gerilmesi) değerlerine sahiptir. . Korozyon problemi yoktur. Bunda matris ve malzemenin uygun seçilmesinin önemi büyüktür. Aksi takdirde birbirleri ile temasta bulunan malzemeler pil oluşturacak ve galvanik korozyona neden olacaktır. . Kopma uzaması metallere göre daha yüksektir. . Yorulma dirençleri oldukça yüksektir. . Ağırlıkça tasarruf edilmiştir.

Dezavantajları: . Metallere yapışmazlar. . Fırınlamadan (pişirmeden) kullanılamazlar. . Değişik doğrultuda değişik mekanik özelliklere sahiptir. Aynı kompozit malzemeler için çekme, basma, kesme, eğilme mukavemet değerleri farklı farklıdır. Elyaf doğrultusundaki elastik modülü, elyafa dik doğrultudaki elastik modülünden daha büyüktür. . Üretimi nispeten pahalıdır. . Nem ve hava zerrecikleri, kompozitlerin mekanik ve yorulma özelliklerini olumsuz yönde etkiler. . Delik delme ve kesme türü işlemler liflerde açılmaya yol açmaktadır (Ancak 3 boyutlu dokumada bu olay söz konusu değildir. Zira 3 boyutlu yapının kesilmesiyle elde edilen ve 2.5 boyutlu yapı adı verilen malzeme türü iyi özellikler vermektedir.)

www.muhendisce.net KOMPOZİT MALZEMELERİN SINIFLANDIRILMASI Kompozit malzeme matris adı verilen bir ana bileşenle, yüksek mukavemete ve yüksek elastik modülüne sahip olan takviye edici (fiber, tane, tanecik, dolgu,kat) olarak adlandırılan yapısal bileşenlerden oluşurlar. Kompozitleri başlıca üç ana grupta inceleyebiliriz.

1-Fiber takviyeli kompozitler 2-Tabakalı kompozitler 3-Tanecikli kompozitler 1-Fiber takviyeli kompozitler Fiberglas Uçaklarda panellerde kullanıldığı gibi, roket motorlarda da kullanılmaktadır.

Avantajları;fiyatının göreceli olarak ucuz olması, kolay temin edilmesi, işlenme kolaylığı, yüksek mukavemeti, esnek olması ve düşük kalıp maliyetidir. Dezavantajı ise; neme karşı çok duyarlı olmasıdır. Havacılık ihtiyaçlarını karşılamak üzere temel olarak iki tip fiberglas bulunmaktadır. Bunlar “E-Camı” ve “S-Camı” dır.

E-Camı Moleküler yapısı “Kalsiyum Oksit / Alümina-Borasilkat” esaslıdır. Alkali en çok %2 olabilir.

Genel amaçlıdır. Mukavemet ve yüksek elektrik iletkenliğinin gerekli olduğu alanlarda kullanılır. Diğer fiberlere nazaran daha ucuzdur. Fiberglasın en yaygın olarak kullanılan tipidir. Genellikle fiberglas dökümanları bu tip için hazırlanmaktadır.

S-Camı Bir “Siliko-Alümino-Magnesia” kompozisyonudur. Alümina içeriği E cam‟ına göre daha fazladır ve mukavemeti E-camı‟na göre %40 daha büyüktür. Yüksek sıcaklıklarda özelliklerini daha iyi koruyabilmektedir. Çok yüksek dayanım gereken yerlerde kullanılır.

Fiberglasın bu tipi dokuma halinden ziyade iplikcik halinde bulundurulur ve kompozit teşkili sırasında istenilen formda dizilirler. Fiberglas demetleri genellikle reçine esaslı bir madde ile kaplanır ve sargı makineleri yardımıyla uygulama yapılır.

C-Camı “Soda-kireç-borasilikat” içerir. Kimyasal stabilitenin en önemli faktör olduğu alanlarda kullanılır. Asitlerle teması olan yerlerde kullanılabilirler.

Kuartz Düşük dielektrik özellikleri istenen anten, radar ve bunun gibi parçalarda kullanılır.

Boron Elastisite modülü yüksek kompozit teşkili için kullanılır. Boron fiberleri normal olarak önceden reçine emdirilmiş teypler halinde sağlanabilirler. Bu reçinelerden teyp miktarı, hacimsel olarak %50 fiber içerecek şekilde ayarlanmaktadır. Ancak değişik uygulamalar için reçine / fiber oranı değiştirilebilir.

www.muhendisce.net Karbon Fiberler Karbon fiberler cam fiberlere göre çekme dayanımı, elastikiyet modülü, ısıl iletkenlik, boyut kararlılığı, aşınma direnci, sürünme ve yorulma dayanımı gibi birçok alanda üstünlük sağlar.

Cam fiberlere nazaran üç kat daha yüksek elastikiyet modülüne sahip olan karbon fiberler sertliğin önemli olduğu parçalarda tercih edilirler. Matris içerisine karbon fiberi eklenmesi ile kompozit parçalar iletken haline getirilebilir. Bu özelliklerinden dolayı makaralı yataklarda, plastik elektrotlarda, motor farlarında kullanılır.

Grafit Fiberler Mükemmel işlenebilme yeteneği ve düşük ısıl genleşme katsayısı, grafitin diğer üstünlükleridir. Filamanların mükemmel şekillendirilebilme kabiliyetlerinden dolayı keskin şekilde köşeler yapılabilir. Isıl iletkenliğin yüksek oluşu, ısıl gerilmelerin radyasyon ve konveksiyon yolu ile üniform olarak dağılması sağlanır. Dezavantajı ise düşük genleşme katsayısının sebep olduğu ısıl gerilmelerdir.

Organik Fiber Diğer fiber türlerinden farklı olarak para-aromid fiberi aromatik polyamid yapıda bir organik polimerdir. Para-aromid mevcut organik ve inorganik fiberlerden en yüksek çekme mukavemetine sahip fiberlerden birisidir. Para-aromid malzemenin en büyük avantajı düşük yoğunlukta olmasıdır. Bu özelliği nedeniyle havacılık ve denizcilik endüstrisinde kullanımı yaygındır. Özellikle pilot kaskı imalinde ve hız teknesi inşasında bu özelliğinden faydalanılmaktadır. Çarpma mukavemetinin yüksek olması sebebiyle, son yıllarda balistik koruyucu yelek, kompozit miğfer gibi ürünlerde de kullanılmaktadır.

UHMWPE (Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen) Fiber 1990 yılında seri üretimine geçilen UHMWPE fiberleri çok yüksek çekme mukavemetine sahip olması (çelikten 10 kat daha sağlam) nedeniyle dünyada bilinen en sağlam fiberdir.

Yüksek moleküler ağırlıklı polietilen “tel sağma” işleminden geçirilmesiyle elde edilir.

Başlangıçta karmaşık bir yapı ihtiva eden polietilen, bu işlemden sonra bağ yapıları paralelleştirilerek ve yüksek düzeyde kristal bir yapı (%85) oluşturularak çok üstün özelliklere sahip bir fiber elde edilir. Eşi bulunmayan özelliklerinden bazıları: Yüksek çekme mukavemeti Çok yüksek elastisite modülü Sudan hafif olması (0.97 gr/cm³) Çok yüksek enerji emebilme özelliği Tekrar kullanılabilmesi Bu özellikleriyle UHMWPE fiberi yapısal kompozit parçaların imalinde balistik korucu yelek ve diğer korucu elemanlarda, her tür koruyucu giysi, yüksek mukavemetli halat, paraşüt ipi, balık ağı yapımında. Hafifliği nedeniyle denizcilik gibi alanlarda kullanılabilecek cazip bir malzeme olmaktadır. Bazı metalik malzeme ve fiberlerin mekanik özellikleri tabloda görülmektedir.

www.muhendisce.net Malzeme Yoğunluk Çekme Day. Elastik Modül Spe.Çekm.Day Spec.Modül (gr/cm3) (Gpa) (Gpa) (Gpa/(gr/cm3) (Gpa/(gr/cm3) Alumin. L65 2,8 0,46 72 0,17 26 Titn TD 5173 4,5 0,93 110 0,21 24 Çelik 4340 7,8 0,99 207 0,13 27 E-Glass Fiber 2,54 2,6 84 0,98 33 Karbon Fiber 2 1,9 400 0,95 200 Boron Fiber 2,5 3,5 420 1,4 168 Kevlar Fiber 1,44 2,8 130 1,94 90 UHMWPE 66 0,97 3,2 99 3,3 99 Seramik Fiberler Sürekli seramik fiberler yüksek mukavemet ve elastik modül özelliklerini yüksek ısıya dayanıklılık ve çevresel şartlardan fazla etkilenmeme özellikleri ile birleştirilmektedir. Bazı karakteristikler, yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler arsında özel bir konum kazandırmaktadır. Örnek olarak silikon carbide (SiC), fiberler ve alüminyum oksit (Al2O3) fiberler verilebilir.

Metalik Fiberler Tel şeklindeki birçok metal yüksek mukavemet özellikleri göstermektedir. Berilyum teli çelik ve tungsten en önemlileridir. Metalik tellerin en önemli avantajlarından biri tane herhangi bir seramik fiberden daha karalı mukavemet değerine sahip olmasıdır. Özellikle berilyum yüksek modül ve oldukça düşük yoğunluğa sahip olmasından dolayı yüksek fiyatına rağmen iyi bir fiberdir. Mukavemeti diğerine düşüktür.

Tabakalı Kompozitler En az iki değişik malzemenin tabakalar halinde dizilerek, teşkil etmiş olduğu kompozit malzemelere tabakalı kompozitler denir.

Tabakalama, tabakaları meydana getiren malzemelerin daha faydalı bir malzeme oluşturması için teşkil edilir. Tabakalama işlemiyle kompozit malzemelerin mukavemeti, rijitliği, korozyon direnci, aşınma direnci, termal izolasyonu iyileştirilir. Bu tür iyileştirilmiş özellikler bir metalden haddelenmiş metallerden, tabakalanmış camlardan, plastik tabakalı laminantlarda çok güzel şekilde görülebilir.

Bi Metalller: Termal genleşme katsayısı oldukça farklı, iki değişik metalin tabakalanmasından elde edilir.

Sıcaklık değiştikçe belli bir ölçüde bir tarafa ve diğer tarafa eğilir veya çarpılır. Bu tür metaller sıcaklık ölçüm aleti olarak veya termostat olarak kullanılır.

www.muhendisce.net Kaplanmış Metaller: Bir metal başka bir metalin üzerinde her iki malzeme özelliğinden daha iyi sir özellik elde etmek için yapılır. Mesela yüksek mukavemetli Al alaşımlar korozyona daha az dirençlidirler. Buna rağmen, saf alaşımlar korozyona daha dirençlidirler. Yüksek mukavemetli Al alaşımı korozyona dayanıklı başka bir alaşımla kaplandığı zaman meydana gelen kompozit malzeme her iki malzemeden daha çekici avantajlara sahiptir. Elde edilen kompozit malzeme hem korozyona dirençli hemde yüksek mukavemetlidir. Son zamanlarda Al tel %10 bakırla kaplanarak elde edilen kompozit malzemenin, yani kompozitlerin bakır teller yerine kullanıldığı görülmektedir. Al tel hafif ve ucuzdur. Buna karşılık başka malzemeyle kaynak edilmesi ve yüksek sıcaklıklara dayanması zordur. Diğer taraftan bakır tel pahalı ve oldukça ağır, kaynak ve diğer bağlantıların yapılması kolaydır.

Bakır kaplanmış Al tel ise hafiftir. Kolayca kaynak bağlantısı yapılabilir. Bakır kaplı Al tel 3/16” lik çaplı tel haline gelebilir. İçine 0.015” lik çapa kadar bakırın korozyonundan etkilenme olmadan çekilebilir.

Dezavantajı çekme sırasında tabakalar arasında ayrılma oluşmasıdır. Bu yüzden dikkatli kontrol gereklidir.

Tabakalanmış Fiber Kompozitler: Tabakalanmış elyaflı kompozitler, kompozitlerin merkez sınıfını oluştururlar. Çünkü bunlar elyaflı kompozitler ve tabakalanma tekniğini aynı anda ihtiva ederler. En yaygın bir isim tabakalanmış elyaf takviyeli kompozitlerdir. Buradan tabakalar veya elyaf takviyeli malzemenin tabakaları, her biri değişik yönlerde dizilmiş tabakacıkların birleştirilmesiyle meydana gelmiştir. Meydana gelen kompozit malzemenin mukavemeti ve rijitliği değişik yönlerde takviyelendirilmiştir.

Tabakalı elyaf takviyeli kompozitlerin mukavemeti ve rijitlikleri inşa edilecek yapı elemanlarının dizayn ihtiyaçlarına göre belirlenir. Tabakalı elyaf takviyeli kompozitlere, roket lonçerleri (kılıflar), fiberglas, kayık veya robot gövdeleri, hava arcı kanat panelleri ve gövde bölmeleri, tenis raketi, golf sopaları vs verilebilir.

Tanecikli Kompozitler: Tanecikli kompozitler bir veya daha fazla malzemenin taneciklerinin başka bir matris malzeme ile birleştirilmesinden meydana gelir. Parçacıklar ve matrisler metalik veya metalik olmayan matrisle birleşmesiyle meydana gelen kompozitler veya bunların tersi olan kompozitlerdir. Parçacıklı kompozitlere örnek olarak betonu verebiliriz. Beton kum ve çakıl parçacıklarının çimento ve su ile birleştirilmesi sonucu olur. Betonda ne parçacık nede matris malzeme metaliktir. Metalik olmayan matris metalik parçacık birleşimi kompozitlere örnek, roket pervaneleridir. Roket pervaneleri polietan ve polisülfat kauçuklar içerisine Al tozları ve perklorat oksitleyicilerin katılması ile elde edilir.

www.muhendisce.net Metalik Olmayan Taneciklerin Metal Olmayan Matrislerdeki Dağılımı: Metalik olmayan matris içerisinde metal olmayan tanecikli sisteme örnek betondur. Betonda, kum ve mıcır partikülleri çimento ile suyun kimyasal reaksiyonu ile birleşerek yeni bir malzeme teşkil edilmiştir. Betonun mukavemeti normal olarak kayaya denktir.

Takviyelendirilmiş betonlar elyaf takviyeli kompozitlerin konusuna da girdiği gibi tanecikli kompozitlerin konusuna da girer. Mika veya cam gibi metalik olmayan malzemelerin parçaları cam veya plastiklerin içerisine karıştırılmasıyla elde edilen kompozitler oldukça etkilidir.

Metalik Kompozitlerdeki Metalik parçacıklar: Alaşımlardan farlı olarak metalik matrisler içerisinde metal parçacıkla erimemiş yani çözülmemiştir. Kurşun partikülleri bakır alaşımları içerisine karışması bu tür kompozitlere bir örnektir. Benzer olarak kurşun parçacıkları çeliğe de karıştırılır. Hedef meydana gelen malzemeyle işlenebilirliği artırmaktır. Buna ek olarak kurşun bakır alaşımlardan yapılmış yataklarda ve rulmanlarda tabii yağlama görevini de yerine getirir. Bunun yanı sıra tungsten, krom, molibden gibi metal parçacıkları süzerek matrisler içerisine karıştırılabilir. Meydana gelen kompozit malzeme sünektir ve yüksek sıcaklık özelliğine de sahiptir.

Metalik Kompozitlerde Metalik Olmayan Partiküller: Seramik gibi metalik olmayan partiküller, bir matris içerisine karıştırılmasından elde edilir.

Meydana gelen kompozite sermet denir. Sermetlerin en yaygın iki grubu şunlardır: Oksit tabanlı kompozitler Karbür tabanlı kompozitler Oksit tabanlı sermetler yada oksit parçacıklı bir oksit matris, içerisine yerleşmişlerdir. Bu tür sermetler erozyon reziztansının gerekli olduğu yerde yüksek sıcaklıkta alet yapımında kullanılır.

www.muhendisce.net KOMPOZİTLERDE MATRİS ÇEŞİTLERİ Bir kompozit yapıda matrisin görevi, yapıştırıcı ve tutucu özelliği ile, fiberleri bir arada tutmak, yükü fiberlere aktarmak, dağıtmak ve kompozit yapıyı dış etkenlerden korumaktır.

1. Plastik matrisli kompozitler Matris olarak plastik esaslı malzemelerin kullanıldığı kompozit malzemelerdir. Örnek olarak cam elyaflı plastikler verilebilir.

2. Metal matrisli kompozitler Matris olarak, Al,Mg,Cu ve çelik ile benzeri metallerin kullanıldığı kompozit malzemelerdir.

KOMPOZİT MALZEMELERİN İMALİNDE KULLANILAN MATRİS MALZEMELER PLASTİKLER Plastik, moleküllerin belirli bir düzen içerisinde sıralanması ile oluşan organik kimyasal bir maddedir. Genel olarak plastik, dökülerek veya preslenerek şekil verilen ve metal olmayan malzeme türlerine verilen bir isimdir. Plastikler hafif ve kolay işlenebilmeleri nedeniyle çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Plastik isminin kullanılmasının nedeni, bu malzemelerin belirli şartlarda plastik bir kıvam göstermeleri ve bir kalıba basınçla enjekte edilerek kolayca şekil almalarıdır.

Metaller bir plastik malzemedir. Fakat plastik değildir. Bakalit bir plastiktir, fakat bir plastik cisim değildir. Çünkü plastik şekil değiştiremezler.

Plastik malzemelerin hammaddeleri: Kömür Hava (N,O) Petrol Su Kireç taşı Pamuk Tuz (NaCl, MgCl2) Odun Kükürt Ve diğer ziraat maddeleri olarak sayılabilir.

Plastik malzemeler son 40-50 yıl içinde büyük gelişmeler göstererek metallerle aynı oranda kullanılmaya başlanılmıştır. Bunun nedenleri ise şunladır: Plastik malzemeler oldukça ucuzdur.

Kolayca işlenebilirler.

Ağırlıkları düşüktür.

Kimyasal ve korozyon dirençleri yüksektir.

Isıl ve elektrik özellikleri iyidir.

Yeterli mekanik özelliklere sahiptir.

C*** karbon vs gibi elyaflarla kuvvetlendirilerek mekanik ve fiziksel özellikler iyileştirilebilir.

www.muhendisce.net ELASTOMERLER Üç boyutlu şebeke yapısı oluşturularak yüksek esneklik gösteren polimerlerden meydana gelmiştir.

TERMOPLASTİKLER Molekül yapısı olarak yan zincirler ve gruplar ihtiva ederler. Moleküller elastomerlerde ve termosetlerde olduğu gibi üç boyutlu bir yapı teşkil etmezler. Moleküller arasında zayıf Vander Wals bağı vardır. Bu nedenle rijit yapıya sahip değildirler. Isı altında yumuşarlar ve bu özelliklerinden faydalanarak ısıtılmak suretiyle şekillendirilirler. Bu şekil değişikliği esnasında hiçbir kimyasal değişikliğe uğramazlar. Tekrar tekrar ısıtılarak yeni şekiller alabilirler. Piyasada ise toz ve granür halde bulunurlar. Kompozit imalatında azda olsa kullanılırlar. a) Asetol reçineler Şaft yatağı b) Akrilikler (polimetil metakrilat) Işıklı c) Selilozik (selüloz asetat) Selefon kağıdı d) Florokarbon Teflon tava e) İzosiyonatlar Isı izolasyonu f) Poliamitler İp, çorap,çamaşır g) Poliolefinler (Polietilen-polipropilen) Naylon torba h) Stiren(polistren) Okul gereçleri i) P.V.C. Boru j) Polikarbonat Trafik ışıkları

TERMOSETLER Moleküller bir üç boyutlu şebeke yapısı teşkil edecek şekilde birbirine bağlı bir yapı ihtiva edeler. Bu bağlama esnasında meydana gelen bu olay tek yönlü kimyasal bir reaksiyondur.

Plastik malzeme şekil aldıktan sonra sertleşir ve malzeme artık yumuşamayıp şekil değiştiremez. a) Amino reçineler (melamin formaldehit) Tabak b) Ekopsi reçineler Uçakların iç donanımı c) Furan reçineler Koruyucu kaplama d) Alkitler Boya e) Fenolik reçineler Elektrik aksamı f) Silikonlar Oto cilası g) Poliesterler -Cila tipi -Döküm tipi -Cam takviyeli plastik tipi Plastik malzemeler en çok reçine diye adlandırılırlar. Kompozit malzemelerin imalatında en çok kullanılan termosetlerdir. Ekonomik, verimli ve gelişmiş mekanik özellikleri olan parçalar, termosetlerden kolaylıkla yapılırlar. Günümüzde deniz araçları yapımında, otomotiv sanayinde, inşaat sektöründe, depo, tank boru yapımında bilhassa ekonomik olması sebebiyle yaygın olarak kullanılırlar.

www.muhendisce.net Termoset plastikler içinde en yaygın kullanılanı poliesterler, fenolik reçineler, ekopsi reçineler ve silikonlardır. Poliester ise bunların içerisinde en yaygın kullanılanıdır. Özellikleri imalat kolaylığı ve yatırımın düşük olması poliesterlerin tercih edilme nedenidir. Fenolik reçineler ise yüksek mukavemetin yanı sıra, büyük ısı direnci istenen yerlerde kullanılırlar.

PLASTİKLERE KATKI MADDESİNİN KATILMASI Pratikte plastik malzeme özeliklerini iyileştirmek gayesiyle ilave katkı maddeler katılarak kullanılır. Bu katkı maddeleri ise şunlardır: Polimer reçineler Cam ve karbon elyaflar Dolgu malzemeleri Yumuşatıcılar Stabilizatörler Yağlayıcı Renk verici Aleve karşı koruyucu Bu gibi katkı maddeleri ise çeşitli yöntemlerle plastik içerisine katılırlar.

Harmanlama: En iyi malzeme özelliklerini sağlamak gayesi ile iki veya daha çok plastiğin veya katkı maddelerinin karıştırılması işlemine denir. Harmanlama işleminin özellikleri şunlardır: 1-Harmanlama sadece polimerlerin karşılaştırılması için uygulanan mekanik bir usuldür.

Harmanlanan polimerlerin kimyasal bağlarının önemi yoktur.

2-Elde edilen karışımın tek bir ergitme ve camsı yapıya geçiş sıcaklığı vardır. Bu sıcaklık her iki polimerin sıcaklıkları arasında olabilir.

3-Harmanlama sonucunda polimerlerin en az bir özelliği çok iyi bir şekilde düzelir.

4-Harmanlama oranları %25–50 arasında olabilir.

Harmanlama 3 şekilde yapılır: 1-Fiziksel harmanlama: Uyuşmayan polimerler birlikte öğütülür ve yumuşama sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısıtılır, soğutulur. Soğutma sonucu bir ana faz yani matris yapı içinde küresel, silindir veya lamel şeklinde diğer fazdan oluşan iki fazlı bir yapı oluşur.

2-İnter polimerizasyon: Polimerizasyon işleminin devamı için katalizör olarak organik peroksit bileşikleri kullanılır.

3-Aşılama polimerizasyon: Plastiklerden birinin zincir yapısını bir başka plastik malzeme aşılanır. Böylece özelliklerde iyileştirme sağlanır.

www.muhendisce.net PLASTİKLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ Plastik malzemelerin genel özellikleri: 1-Plastiklerin dış görünüşleri: plastikler genel olarak renksiz, şeffaftır ve istenilen renge boyanabilirler.

2-Yüzey sertliği: Plastikler yumuşak olduklarından aşınma dirençleri zayıftır, bazı boyayıcı maddelerle karıştırıldığında yüzey sertlikleri artırılabilirler.

3-Yoğunluğu: Plastiklerin yoğunluğu oldukça düşüktür. (0.9-2.5 gr/cm³) 4-Isıl özellikler: Genel olarak plastiklerin 100-180 ºC arasında olur. Çünkü yüksek sıcaklıklarda yumuşarlar. Isı iletim katsayıları çok düşüktür. Bu nedenle malzeme içerinde biriken ısı, ısıl yorulmaya yol açar. Plastiklerin ısı iletim katsayılarını artırmak için Al, Cu, C cam elyafı katıdır. Ayrıca plastiklerin ısı iletim katsayıları metallerinkinden çok yüksektir.

5- Kimyasal özellikler: Genel olarak termoplastikler asit, bazlı ve tuzlu çözeltilere dayanıklıdır. Fakat termosetler kimyasal etkilere dayanıksızdır.

6- Yanma özellikleri: Termoplastikler, alev veya aşırı ısı karşısında yanarak özelliklerini kaybederler. Alevden uzaklaştırıldıklarında yanma durur.

7- Havadan etkilenme: Plastikler havadan etkilenerek bozulurlar. Radyasyon, yağmur veya dolu erezyonu, rüzgar, hava kirliliği gibi etkilerden bozulurlar. Ultraviyole ışınlar renklerini alır.

8- Elektriksel özellikler: Plastiklerin elektrik özellikleri oldukça zayıftır. Çok iyi yalıtkanlık gösterirler.

PLASTİK MATRİKS KOMPOZİT İMALATI TERMOSET KOMPOZİTLERİN İMALATI Islak Kalıplama Bu yöntem, tek yüzü düzgün küçük çapta üretim için kullanılır. Genellikle CTP kalıp kullanılır. Kalıp yüzeyi ile temas eden CTP yüzeyi düzgün, diğer yüzeyi pürüzlü olur.

Genellikle 2-10 mm kalınlıklar için bu yöntem kullanılır. Büyük boyutlu parçalara kalınlık daha fazla olabilir, ancak 2 mm‟nin altında kalıplama tavsiye edilmez. Tipik bir yatırma örneği aşağıda görülmektedir.

Genellikle tekne, oto kaportası, cephe kaplama elemanları, depo ve tank gibi ürünlerin yapımında kullanılan bu kalıplama yöntemi iki teknikte yapılır; a) El yatırması b) Püskürtme Kalıp hazırlaması ve jelkot uygulaması her iki teknik içinde aynıdır. Kalıp, önce silikonsuz kalıp ayırıcı vaks ile parlatılır, jelkot uygulanır. Jelkot uygulaması fırça ile veya püskürtme ile yapılır. Toplam jelkot kalınlığı 0.3 – 0.6(400-500 gr/m²) civarında olmalıdır.

CTP ürünlerinde görülen hataları büyük bir çoğunluğu jelkot uygulaması sırasında yapılan yanlışlardan kaynaklanır. Bu nedenle jelkot uygulamasında özel bir özen gösterilmesi gereklidir. Örneğin gereğinden ince uygulanan jelkot, stiren monomerinin uçması nedeniyle sertleşeceği yerde kurur. Jelkot tabakası yeterli sertliğe ulaşmadan üzerine CTP işlenirse buruşmalar oluşabilir. Jelkot‟un çok kalın sürülmesi halinde, ürün kalıptan çıktıktan birkaç ay sonra çatlaklar oluşabilir.

www.muhendisce.net El Yatırması Jelkot sürülmüş kalıp üzerine önce 300 gr/m²‟lik cam keçe ile uygulama yapılır.cam elyafın polyesterle ıslatılması için yeterli miktarda polyester fırça veya yün rulo ile cam elyafına yedirilir. Cam elyaf kalıp şeklini aldığı zaman, yatırma amacı ile yatay dişli rulolarla, hava kabarcığı giderme amacı ile de dikey dişli rulolarla elde edilen laminatın rulolanması gereklidir.

Kalıplama sırasında zorluklarla karşılaşmamak ve malzeme zayiatını önlemek amacı ile cam elyafının belli bir şablonla önceden kalıba en uygun biçimde kesilmesi gerekir.

Kenarların kesimi henüz tam sertleşme olmadan keskin bir bıçak aracılığı ile yapılabilir. Ürünün kalıptan alınması oldukça uzun bir zaman alır. Kalıptan çıkarma işleminin çabuklaştırılması amacı ile kalıplanan ürün hemen 60 C ‟lik bir fırına konarak 1 saat süre ile beklenirse, kalıbın soğumasından sonra ürün kalıptan alınabilir.

Püskürtme Jelkot uygulanmış kalıp üzerine cam elyafını ve polyesteri püskürterek işleme yöntemidir.

Hava ile çalışan bir püskürtme tabancası birtaraftan cam elyafını kırparak püskürtür, diğer taraftan katalizlenmiş polyesteri püskürtür. Kalıp yüzeyinde cam elyafı ve polyesterin bir laminant oluşturması için rulolanır.

Cam elyafının ve polyesterin kalıp üzerine püskürtülmesinden hemen sonra bir rulo ile polyester ile ıslanmış cam elyafı kalıp üzerine yatırılmalı ve hava kabarcığı kalmamalıdır.

Yatırılan cam elyafı üzerine istenilen et kalınlğı elde edilene kadar kademeli olarak cam elyafı ve polyester püskürtmeye devam edilmelidir.

Püskürtme yönteminde reçine/cam oranı genellikle 2/1 – 3/1 arasında değişir. Püskürtme makinalarının kapasiteleri de genellikle 2-10 kg/dakika arasında değişmektedir.

Reçine Enjeksiyonu Islak kalıplama (El Yatırması) ile soğuk presi arasında bir yöntemdir. Çift cidarlı bir kalıp içerisine cam elyafı yerleştirilir ve bir veya birkaç enjeksiyon deliğinden polyester kalıp içine yaklaşık 1 atm. basınçla verilir. Cam elyafının polyesterle ıslanması tamamlanınca reçine fazlası tahliye borularından çıkar.

Reçine yönteminin avantajları şunlardır: 1- Her iki yüzü düzgün ürün elde etme olanağı 2-Sabit şekil ve ağırlıkta ürün elde etme olanağı 3-Tek kalıpta üretilen ürünlerden daha kaliteli ürün elde etme olanağı 4-Takviye elemanları ve diğer parçaların tek işlemde eklenebilme olanağı 5-Kapalı kalıp kullanılması nedeni ile stiren buharlaşmanın azalması 6- Sertleşmenin ortam sıcaklığından fazla etkilenmemesi 7- Daha temiz çalışma ve az fire verme olanağı 8- İşçilik maliyetinde azalma

www.muhendisce.net Bu yöntemin dezavantajı ise, ilk maliyetin daha yüksek olması ve kalıpların büyük bir özenle, 1‟den daha fazla sayıda hazırlanması gereğidir.

Kopuk Rezervuar Kalıplama Bu yöntem de, çift kalıpla her iki düzgün ürünlerin yapımında kullanılır. Yumuşak köpük bir malzemeye polyester emdirilir ve kuru cam elyafı yerleştirilmiş iki kalıp parçası arasında sıkıştırılır. Köpüğe emdirilmiş polyester, sıkışma nedeniyle cam elyafını da ıslatır ve sertleşmesi beklendikten sonra iki yüzü düzgün bir CTP ürün elde edilir. Kullanılan cam elyafı ve köpük kalınlığına bağlı olarak değişik mekanik özellik sağlanması mümkündür. İkinci kademede tüm sistem, verilecek şekle göre hazırlanmış kalıplardan ısıtılmış bir bölge içerisinde geçer ve bu fırınlama sırasında reçinenin sertleşmesi sağlanır. Sertleşmiş levhanın kesimi ile üretim tamamlanır.

Işık geçirgen levha üretimi için cam takviyesinin toz bağlayıcılı keçe olarak veya kırpılmış cam elyafı olarak kullanılması ve polyester reçinenin de cam elyafının kırılma indisi ile eş değerde bir kırılma indisine sahip olması gereklidir. Bu amaçla özel polyesterler geliştirilmiştir.

Profil Çekme (PULTRUSION) İstenilen şekilde profillerin üretimi için kullanılır. Profil şekilleri tamamen kullanılan kalıba bağlıdır ve ürünlerde boyuna mukavemet çok yüksektir. Çekme yönteminde genellikle iki yöntem söz konusudur.

Birinci sistemde çekilecek cam elyafı önce katalizlenmiş polyester banyosundan geçirilir ve sonra ısıtılmış kalıplardan polyester fazlası sıyrılarak çekilir. Kalıplar aynı profilin şeklini belirler. İkinci yöntemde cam elyafı belli bir gerilim ile kuru olarak ısıtılmış kalıplardan geçirilir ve kalıp içerisinde reçine enjekte edilir.

Kenar Kesme ve Yüzey İşleme Kesim işleminin polyester henüz tam sertleşmeden yapılması tavsiye edilir. Bu amaçla keskin bir bıçak kullanılması ve CTP üründe herhangi bir bozulma oluşturmaması için bıçağın CTP laminata dik olarak tutulması yeterlidir.

CTP ürünlerde açılması gerekli delikler 5 mm çapa kadar, yüksek devirli matkaplarla delinebilir. 5-10 mm çaptaki delikler elmas matkap ucu ile delinmelidir. Daha büyük çaptaki delikler için kesiciler kullanılmalıdır.

Kesilmiş veya delinmiş olan her CTP ürün bu işlem yerinde tekrar polyester ile kaplanmalıdır.

Aksi taktirde, ürünün temas ettiği su veya kimyasal maddeler laminat arasına sızabilir.

CTP ürünler genellikle kendinden renkli olarak üretilir ve boya gerektirmez. Ancak bazı özel durumlarda ürünün boyanması gerekebilir. Bu durumda yüzeyin kalıp ayırıcı ve parlatıcı elemanlardan tamamen arındırılması gerekir.

www.muhendisce.net TERMOPLASTİK KOMPOZİTLERİN ÜRETİMİ Klasik termoplastik imalat yöntemleri ile termoplastik kompozitler üretilmekle beraber ticari düzeyde kullanılan en önemli metod enjeksiyondur. Termoplastik kompozitlerin enjeksiyonunda bazı ilave zorluklarda ortaya çıkmaktadır.

Takviye malzemesi basma viskozitesi artacağından enjeksiyon basıncı termoplastiklere nazaran %80 kadar daha fazla büyüyebilir.

Kompozitlerde rijitlik termoplastiklerden dah yüksek olduğundan kalıptan çıkarma sıcaklığı daha yüksek tutulur ve bu yüzden bu işlem süresi kısa olmalıdır.rijitliğin yüksek olması kalıp konikliğinin artmasına ve enjektör sayısının da çoğalmasına yol açar.

Ayrıca pistonlu enjeksiyon makinası yerine karışmayı ve homojenleşmeyi ölçmeyi ve sıcaklık kontrolünü daha iyi sağlamak için vidalı enjeksiyon makinası tercih edilir. Makinanın vida hızı ve geri basıncı elyafların hasar görmeyeceği şekilde seçilmesi gereklidir. Elyafların aşındırıcı özelliği hem tezgahta hem de kalıpta hızlı aşınmaya yol açabilir. Bu mahsur sertleştirilmiş kalıp çeliği kullanılması halinde ihmal edilebilecek düzeye inebilir.

1. Enjeksiyon Kalıplama: Granül veya toz halindeki malzeme bu kovan içerisinde ısıtılıp yumuşatılır. Daha sonra bu lüleden basınçlı olarak soğuk bir kalıba iletilir. Parçalı kalıp sıkıca kapatılmıştır. Katılaşma tamamlandıktan sonra parça kalıptan iticiler veya basınçlı hava ile çıkarılır. Çevrim otomatik olarak çalıştırılabilir.

2. Ekstrüzyon: Kovanlara yerleştirilen malzemenin bir ıstampa yardımıyla basınç altında, belirli profillere sahip matrisler içerisinden geçirilerek şekillendirilmesine Ekstrüzyon adı verilir.

Bir kovan içerisinde dönen bir vidadan meydana gelen eksrüder en yaygın kullanılan makinadır. Vidanın devri plastik türü, kalıp özellikleri, granül çapı ve plastik sıcaklığı gibi parametrelere bağlı olarak değiştirilebilir. Bir ekstrüder vidası üç kısımdan meydana gelir.

Besleme bölgesinde malzeme ön ısıtmaya tabii tutularak basınç bölgesine iletilir. Basınç bölgesinde vida derinliği tedrici olarak azaldığından malzemede bir sıkışma görülür. Bu sıkışma ile malzeme içerisindeki hava besleme bölgesine itilir. Ölçme bölgesinde vida derinliği biraz daha azalır ancak eksenel doğrultuda derinlik sabittir. Homojen şekil ve sıcaklıktaki basınçla kalıba itilir. Her üç bölgenin de uzunluğu malzeme türlerine göre değişir. Örneğin bir kompozit malzeme olan PVC için basınç tüm vida boyunca artar. Ekstrüder de değişik kalıplar kullanılarak çeşitli imalatlar yapmak mümkündür.

www.muhendisce.net 3. Kaplama: Ekstrüderden üretilen plastik film veya levha kaplanacak malzeme hızlı bir şekilde örtüldükten sonra kompozit levha haddelenir. Böylece tam bir yapışma olur hem de tabak kalınlığı ayarlanmış olur. Önemli bir kaplama metodu tellerin üzerlerinin kaplanmasıdır. Özellikle elektrik teli üretiminde yüzeyi temizlenmiş ve ısıtılmış tel ekstrüderden beslenen kalıba girer. Kaplama hızı tel çapına bağlı olarak 1-1000 m/dk arasındadır.

4. Şişirme: İçi boş kompozit parçalar, özellikle büyük boyutlu parçalar bu metodla kolay ve ucuz şekilde imal edilebilirler. İmalatın ilk kademesinde yuvarlak bir kalıptan erimiş bir tüp elde edilir.

Daha sonra bu boruya iki parça kalıp içerisinde basınçlı hava üflenir. Birden fazla kalıp kullanılarak işlem sürekli hale getirilebilir. Bu metodda ektrüde bir silindir ve piston eklenir.

Her şişirme işleminde belirli hacimdeki erimiş plastik malzeme şişirme ucuna iletilir. Hızlı soğumayı sağlamak için şişirme havası yerine sıvı CO2, soğuk hava veya yüksek basınçlı nemli hava üflenebilir. Ancak hızlı okuma mekanik özellikleri ve boyutsal stabiliteyi kötüleştirebilir.

5. Döner Kalıplama: Şişirme kalıplamaya benzer şekilde içi boş parçaların imalatında kullanılır fakat metod farklıdır. Hassas olarak tartılan toz malzeme iki parçalı kalıp içerisine konulup kalıp kapatılır.

Kalıplar bir fırın içerisinde ısıtılırken birbirlerine dik iki eksen etrafında döndürülür. Bir süre sonra yumuşayan malzeme, kalıp cidarlarına homojen tabaka halinde kaplanır. Kalıbın dönme hızı 20 dev/dk kadardır. Ana ve tali eksen devir sayıları oranı 4/1 „dir. Kalıp sıcaklığı malzeme türüne göre 250-400 C arasındadır. Kalıp daha sonra döndürülmeye devam edilirken soğutulur. Kalıp önce basınçlı hava ile daha sonra su jeti ile soğutulur. Daha sonra parça kalıptan alınır.

6. Thermoforming-Vakum veya Basınçlı Şekillendirme: Thermoforming, termoplastik kompozit bir levhanın katlanabilme veya yumuşama sıcaklığına kadar ısıtıldıktan sonra vakum veya basınç etkisi ile bir açık kalıp içerisinde şekillendirilmesidir.

Vakum-thermoforming ile 0,025 mm den 6,5 mm‟ye kadar kalınlıktaki levhalar kalıp üzerinde gerilir. Kalın levhalar çift taraflı ısıtılıp yumuşatıldıktan sonra vakum uygulanır. Isı kaynağı kızıl ötesi lambasıdır. Basınçlı kalıplamada 2Mpa „a kadar basınç uygulandığında şekillendirme daha kolay olup diğer özellikleri aynıdır. Kalıp dizaynında ve malzeme akışında derin çekmeye kısmen benzerlik gösterse de burada kalıba temas eden kısım hemen soğuyup katılaşır.

www.muhendisce.net 7. Haddeleme: Haddeler ısıtılır ve aralığı hassas bir şekilde sabit tutulur. İmalatta haddelemeden önce malzemenin hazırlanması, haddelemeden sonra ise üretilen levhanın korunması çok önemlidir. ince levha üretiminde sarma sırasında merdane hızı biraz arttırılarak kısmen çekme işlemi de yapılır. Çekme hızı 0,1 –2 m/sn arasında seçilir. Prosesin çok hassas kontrol edilmesi durumunda bu metotla + 0,005 mm kalınlık toleransı elde edilebilir. Sürekli bir imalat metodu olduğundan, enjeksiyon gibi kesintili işlemlere göre kompozit malzemeler için daha uygun bir metottur.

8. Transfer Kalıplama: Basınçlı kalıplamanın gelişmiş bir şeklidir. Kalıp içerisine gönderilecek malzeme önceden ayrı bir hücrede ısıtıldıktan sonra dar bir orifisten kalıp boşluğuna basılır. Malzeme içerisinde ısı dağılımı homojen hale geldiğinden sertleşme hızlanır. Üretilen mamulün çarpılma riski azalır. Akışın düzgünleşmesi ile çok daha karmaşık parçaların üretimi kolaylaşır.

METAL KOMPOZİTLER

Metal Matriksler: Alüminyum, titanyum, nikel fiberleri ve erimez metal matriksleri bir araya getirilip yapıştırılarak metal matriksler elde edilir. Bunlardan bor / alüminyum olanlar difüzyon yolu ile bağlanmış tabakalar ve plazma püskürtülmüş şeritler şeklinde üretilmektedir.

Yapıştırıldıktan sonra alüminyum 530ºC „nin üzerindeki sıcaklıklarda işlenecek ise bor fiberlerinin tahrik olmaması ve özelliklerini kaybetmemesi için borsic fiberleri kullanılması gerekir.

Metal matriksli alüminyum kompozitleri sürekli veya aralıklı olarak üretilebilir. Düşük maliyetli parçalarda aralıklı olanlar, ağırlık kazancının istendiği yerlerde sürekli olanları tercih edilirler. Silikon korpit ve Al2O3 fiberlerinin hem sürekli hem de aralıklı olanları mevcuttur.

Süreksiz fiberler, metal püskürtme veya toz metalürjisi ile birleştirilirler.

Tabloda bor / alüminyum kompozitinin plazma, difüzyon ve ötektik bağlama işlemlerine göre mekanik özellikleri gösterilmiştir. Kaynak konvansiyonel tekniklerinden birisidir. Difüzyon ile bağlama işleminde ise birleştirilecek yüzeyler, boşaltılmış retort içinde 490ºC‟de ve 69Mpa basınçta veya 530ºC ve 2070pa basınçta 30-90 dakika ısıtılmak sureti ile iki katı yüzey arasında difüzyon sağlanarak parça birleştirilir. Ötektik bağlama işleminde birleştirilecek parçalar, gümüş veya bakır ile kaplanır ve 6900pa basınçta 510-570ºC sıcaklıkta inert gazla doldurulmuş veya boşaltılmış çelik birt retort içine yerleştirilerek işlem gerçekleştirilir.

www.muhendisce.net Bor-Alüminyum Kompozitinin Mekanik Özellikleri Metal matrikslere uygulanan bu işlemler diğer reçinelerle karşılaştırıldığında çok masraflı olduğu görülür. Ayrıca, elde edilen matriksin boyutu ve şekli de sınırlıdır.

METAL MATRİKS KOMPOZİTLERİN İMALATI Metal matriks kompozitlerde matriks malzemesi olarak Al,Mg,Ti kullanılır. Takviye olarak seramikler, partikül, levhacık, visker, elyaf şeklinde kullanılır. Matriks malzemesi olarak Cu ve Al‟da grafit elyaf olarak kullanılır.

Metal matriks kompozitler sürekli takviyeli ve süreksiz takviyeli kompozitler olmak üzere ikiye ayrılabilir. En kolay ve en ucuz takviye fiberdir. Partikül ve levhacıklar ise viskerler ve fiberlere göre kolay üretilebilirler.

Süreksiz Takviyeli İmalat Süreksiz takviyeli kompozitler parçacık, levhacık, visker takviyeli kompozitlerdir. En çok kullanılanlar visker ve partikül takviyeli kompozitlerdir. Alümina, borkarbür, SİC,TİC,WC en çok kullanılan partiküllerdir. Visker SİC (en çok kullanılan), Al.2O3, silis yumnitrür kullanılır. Visker maliyeti parçacığın 10-100 katı fazladır. SİC kullanıldığı zaman mukavemet rijitlik ve aşınma mukavemetini arttırır. Silindirik parçalarda genellikle yüksek l/r den dolayı viskerler mukavemeti daha fazla arttırır. Ancak imalat esnasında viskerler kırılırsa avantajı kaybolur. Bunun için özel imalat gerekir. Viskerlerin imalat esnasında yönlendirilmeleride önemli bir problemdir.

Metal matriks malzemelerin imalatı primer ve sekonder metotlar olmak üzere ikiye ayrılır.

Primer metotta toz metal, sıvı metal emdirme basınçlı döküm, klasik döküm metotları kullanılır. Sekonder metotla ekstrüzyon, dövme, haddeleme gibi klasik plastik şekillendirme ile talaşlı imalat, kaynak ve lehim birleştirmeleri gibi metotlar kullanılır.

Primer Metotlar Toz Metalurjisi İlk basamak olarak Al alaşım tozu SİC visker ve partikülle karıştırılır. Viskerler 10-90 mikronmetre boyutunda ve 0,6 mikronmetre çapında kum ve kok elektrik fırınında buhar reaksiyonu ile elde edilir, kırılır ve boyutlandırılır. Karıştırma esnasında viskerlerin kırılması önlenmelidir. Karışımın düzgün olması için yağlayıcı ve katkılar ilave edilir. Karıştırmadan sonra buhar yakılır ve buharlaştırılır. Bu işlem preslemeden sonrada yapılabilir. Sinter sıcaklığı katı hal veya yarı sıvı için seçilebilir. Sıkıştırma sıcak izostatik presleme yapılır. Toz metalurjisi ile üretilen kütük daha sonra işlenir.

Sıvı Metal Emdirme

www.muhendisce.net

Preforma düşük basınçla sıvı metal emdirilir. SİC viskerli alüminyum kompozit bu yolla imal edilir. Visker üretimi için iki farklı metot vardır. Bunlardan biri seramik slip döküme benzer şekilde, diğeri pulp kalıplamaya benzer şekildedir. Her iki metotta viskerlerin koyu bir çamur haline gelmesi için bağlayıcı karıştırılır. Birincide çamur kalıp boşluğuna dökülür ve sertleştirilir. İkincide ise vakumla şekillendirilip sertleştirilir. Sertleştirilmiş çamurdan nem ve bağlayıcıyı uzaklaştırmak için yakılır. Sonuçta kısmen bağlanmış kısmen mekanik sıkışmış viskerler arasında sıvı sızıntısı için boşluk kalmış olur. Ön ısıtma ( metal emilmesini kolaylaştırmak için )yapılır. Emdirme visker dağılımının düzensizliği, gaz boşluğu, katılaşmada büzülmedir. Bu işlemden sonra sekonder işlem yapılması gereklidir.

Basınçlı Döküm Basınçlı dökümle kokil dökümden daha kaliteli malzeme üretilir. Çünkü boşluklar daha az ve daha ince taneli yapı elde edilir. Seramik preformlar viskerler veya kırpılmış elyaftan elde edilir. Preform ısıtılıp kalıba yerleştirilir, metal dökülür ve basınç uygulanır. (70-100 MPa).

Katılaşana kadar basınç kaldırılmaz.

Alüminyum pistonlarda kullanılan dökme demir halkalar yerine daha hafif preform elde edilir. Piyasada ticari yaygın bir metot olduğu için bu şekilde uygulanmış bir çok mamül vardır.

“Saffil” “Koowool” hızın izolasyonu için üretilmiş alüminyumoksittir. Düşük maliyeti metal matriks kompozitler için potansiyel malzemedir. Aşınma mukavemeti ve hafifliği için tercih edilir. Toyota firması dizel pistonu üretiminde ( ayda 28000 parça ) kullanıyor.

Konveksiyonel Döküm A 356-A 357 Al alaşımları için vf = % 5-20 SİC partikülleri kullanılır. ( Al 356, Al 357 klasik döküm prosesi için ingot malzemelerdir.) döküm metodu A 356 ve A 357 alaşımında partiküllerin çökelmemesi için karıştırılır fakat yüzeydeki oksit tabakası bozulmamalıdır.

C ) `dir. Koruyucu gazC-790C ( 680Nominal döküm sıcaklığı 700 argondur. Gaz giderme veya tuz flux gerekmez. Döküm ve süzme normal işlemlerdeki gibidir. Kullanma maliyeti normal dökümün 2-3 katıdır.

Sekonder İşlemler Plastik şekillendirme normal alaşımlarla aynıdır. İşlemede SİC aşındırıcı olduğundan hız çeliği uygun değildir. Elmas uçlar işlemede tercih edilir, kesme sıvısı olarak Al kesme sıvıları kullanılır. Kaynakta TİG kullanılır. Fakat alüminyum karbür oluşmaması için düşük olmalıdır.

Lehimlemede daha fazla SİC ıslanması için fluxlar daha etkili olmalıdır. Gaz giderme, kabarcık ve çatlama olmaması için çok önemlidir.

www.muhendisce.net Sürekli Takviye Metotları Sürekli takviyeli kompozit üretiminde istenen geometriyi sağlamak için imalata ilave olarak birkaç güçlük vardır. Takviye elyaf: Kırılma olmadan istenen hacmin % sini sağlamalıdır.

Yüksek sıcaklıklarda oluşan reaksiyonlardan minimum hasar görmelidir.

Matriksten elyafa yükün transferi için yeterli ara yüzey bağı sağlanmalıdır.

Sürekli takviyeli imalatta işlemler bitmiş parça geometrisini sağlayacak şekildedir. Yani sekonder işlemler genellikle sınırlıdır. Plastik deformasyon elyaf kopmasına yol açtığından dolayı istenmez. Talaşlı imalatta ise elmas taşla kesme ve su jeti tercih edilir. Elyafı kesintiye uğratacak perçin delme vb işlemleri de sınırlı tutulmalıdır.

Primer iki temel işlem vardır: Uygun elyaf-matriks preformunun imalatı, İstenen parça geometrisi için preformun preslenmesi.

Primer İşlemler Sıcak Presleme Sıcak presleme işlemi aşağıda verilen işlem basamaklarından oluşur.!!

Hidrolik preslerde ısı ve basınçla elyaf matriks arasında bağ oluşturulur. Elyaf çapı genellikle 0,075 mm veya daha büyüktür. Takviye; bor, SİC veya metal elyaflar, geçici bir bağlayıcı ile ( akrilik reçine, dokuma veya metal tel ve şeritle ) bir arada tutulur. Tipik elyaf aralığı 4-10 elyaf/mm dir.[6] Matriks folyo şeklindedir. Kalınlığı 0,05-0,150 mm arasındadır. Geçici bağlayıcı da kullanılarak toz matriks seçilebilir. Geçici bağlayıcı ile imalatta büyük bir silindir kalıp üzerindeki folyo matriks üzerine elyaf helisel olarak sıkıca sarılır. Daha sonra bağlayıcı fırça ile veya püskürterek kaplanır. Bağlayıcı kuruyunca, elyaf ve folyo kırılarak “monotape” elde edilir. Sırt folyosu kompozit içerisinde kullanılmayacak ise sökülür. Monotape istenen boyuta kesilerek istenen oryantasyon sağlayacak katlar dizilir ve kalıba yerleştirilir.

Sıcak preste malzeme etrafına vakum uygulanarak ve uygulanan bağlayıcı gazlaşınca sıcaklık ve basınç arttırılarak metal akışı sağlanır. Fiber türüne göre sıcaklık eriyinceye kadar tamamen katı halde olacak şekilde seçilir. Metal matriks akarak elyaf arasındaki boşluğu doldurur, bitişikteki folyo ile birleşir ve difüzyon bağı oluşturur. Basınç kaldırılır ve soğuyan parça kalıptan çıkarılır.

Dokunmuş elyaf ve folyo matrikste bağlayıcı gerekmez. Elyaf dokunmuş olduğundan, imalat sırasında elyaf düzeni bozulmayacağından daha karmaşık şekiller imal edilebilir. Basınç izostatik uygulanabilir. Yani otoklavda sıcak izostatik basınç kabında uygulanabilir. Sıkışma parçanın her yerinde aynı derecede oluşur. Bu durum özellikle yüksek akma mukavemetli parçalarda önemlidir. Sıcak pres SİC-Al ve SİC-Ti kompozitlerde başarı ile uygulanmıştır.

www.muhendisce.net Vakumlu Döküm Textron firması bu yöntemle takviyeli elyaf ile alüminyumu başarıyla dökmüştür. Hassas döküm kalıba imal edilip ikiye kesilmiş elyaf preformu elde edilerek kabuk kalıba yerleştirilir ve kalıp yarıları seramik yapıştırıcı ile yapıştırıldıktan sonra ön ısıtılıp alüminyum dökülür.

Döküm esnasında vakum uygulanarak hava emilir ve sıvı alüminyumun elyafa girişi kolaylaştırılır. Seramik kabuk hava geçirir fakat alüminyumu geçirmez. Katılaşmadan sonra kabuk kalıp kırılır ve parça alınır.

Basınçlı Döküm Süreksiz elyaf ile döküm metoduna benzerdir. Burada da elyaflar arası boşluk katılaşma sonuna kadar korunmalıdır. En iyi sonuçlar dokunmuş elyaf ile alınır.

Metal Püskürtme Elyaf bir silindirik boru kalıp üzerine sıkıca sarıldıktan sonra plazma veya tel ark ile metal elyaf üzerine püskürtülür. Toz metal DC ark veya indüksiyon plazma ile püskürtülür. İndüksiyonda daha iri tozlar kullanılır ve süre kısalır.

Saflığın önemli olduğu durumlarda Ti alaşımları gibi iri taneler daha fazla empürüte içerdiğinden bu istenmez. Tel ark püskürtmede, ark matriks malzemesinde iki tel arasında oluşur. Eriyen alaşım inert bir gazla istenen yüzeye püskürtülür. Al alaşımları hava ortamında veya soy gazda püskürtülebilirler. Ti alaşımları ve süper alaşımlar kapalı soy gaz ortamında püskürtülmelidir.

Plazma ve ark püskürtmede elde edilen sıvı metal damlacıkları elyaf üzerine çarptığında boşlukları doldurur ve düzleştirir. Sonuçta %80 hacim yüzdesi elde edilir. Yüksek mukavemetli monotape‟nin çıkarılması elastisite modülüne bağlıdır. Ti ve süper alaşımların kalıptan çıkarılması Al ve Mg alaşımlara nazaran oldukça zordur. Monotape‟ler daha sonra kesilerek istiflenir. Vakum altında veya HIP ile sıcak pres uygulanır. Şekilde tungsten telle takviyeli süper alaşım içi boş türbin kanadının imalat kademleri verilmiştir.[7] Sıvı Metal İnfiltrasyonu Grafit-Al ve grafit-Mg kompozitler, kaplanmış grafit elyaflarla sıvı metal infiltrasyonu (LMI) ile imal edilir. Bu işlemde, çok katlı bir grafit ini önce yüzeysel olarak kimyasal aktivasyon işleminden geçirilir.

Bu işlemde;elyaf yüzeyi 700 C de buhar yoğunlaştırma yolu ile bir Ti borit tabancasıyla kaplanır. Ti borit için ise Zn buharı ile Titanyum tetra klorür veya bor tetra klorür kullanılır.

Aktif yüzey alüminyum veya magnezgum ile ıslanabilir olduğundan in sıvı metal banyosundan geçirilerek grafit takviyeli tel elde edilmiş olur(%50 Vg).

Bu işlemde royan esaslı T50 ve T75; PAN esaslı T300, Gy70, HM3000 ve Calion ve pitch esaslı P55, P100, P120 ve P140 elyaflar kullanılabilir.

1100,A201, 2024, 356, 5083, 5154, ve 6061 Alüminyum alaşımları ile AZ 31, AZ91, ZE41, QE22, E233 magnezyum alaşımları uygun malzemelerdir.

Kaplanmış telin üretiminden sonra, sıcak pres veya pultrusyon metodunda uygulanabilir.

Sıcak preste elyaf geçici bir bağlayıcı ile keçe formuna getirilerek kullanılır. Keçe katları istenen oryantasyon ve kalınlık sağlanacak şekilde istiflenir. Düşük sıcaklık ve vakum altında C) bağlayıcı yakıldıktan sonra yüksek sıcaklık ve basınçtaC-425(370 presleme yapılır.

www.muhendisce.net Çubuk boru CTL profillerinin imalatında pultruzyon metodu kullanılır. kalıp içerisinde ve basınç birlikte uygulanarak matriks-elyaf arasında difüzyon bağı sağlanır.

6061 Al alaşımı SİC tel preformu (Plazma püskürtme metoduyla elde edilen )SCS-2pultruzyonla profil haline getirilir. 3 m uzunluğunda ve 3cm çapında diğer metotla aynı presleme derecesinde pultruzyon ile imal edilir.

Elektro Kaplama Grafit-Cukompozitlerde elyafın doğrudan kaplanması ile preform elde edilir. Elektro kaplanmış elyaflar istenen şekilde flaman sarma ile elde edilip sıcak preste sıkıştırılır. Metal kaplama 0,5-3 mikronmetre kalınlığındadır. P75,P100,P120,IM-6 grafitleri ile saf bakır kullanılır. Grafit-Cu kompozitler kontrollü genleşme, yüksek ısıl iletkenlik, yüksek elektrik iletkenliği, yüksek katılık ve mukavemet özelliklerinin istendiği metal iskeletli devre kartlarında kullanılmaktadır.

KOMPOZİT MALZEMELERİN DİZAYN VE ÖZELLİKLERİ Kompozit yapılar , eş yönlü (izotrop) metaller ile mümkün olmayan dizayn serbestliğine yeni boyutlar açmıştır. Modüller, kalınlaştırma ve kuvvetlendirme, tek bileşenlerde serbestçe çeşitlendirilebilir. Parçalar, yüksek gerilimli alanlardan gelen yükleri transfer edebilmek için bölgesel olarak yumuşatılabilir. Geniş, tek parçalı yapılar, bağ yığınlarına ihtiyaç duyulmadan imal edilebilir. Kompozit malzemeler için dizayn iyi tanımlanmış elastik ve plastik gerilmeler davranışlarına sahip izotropik metallerden tamamen farklıdır. Yapısal parçalar için, tam hatalı bölgeler araştırılmalıdır ve kesme gerilmeleri ile iç gerilmelere dikkat edilmelidir. Çünkü bu yapılardaki gerilmeler, birinci derecede matrise bağlıdır, güçlendirilmiş elyaflara (liflere) bağlı değildir.

Bileşenler, karbon reçineler veya C-GI reçine bileşenlerinden oluşur ve sık sık da gelişmiş kompozitler olarak adlandırılan yapraklı yapılardan oluşurlar. Onlar aslında izotropik yarı izotropik veya fazlaca anizotropik olabileceği gibi, materyal şekline, Lay-up biçimine yada üretim metotlarına bağlı olabilirler. Bir çok parça, liflerdeki büyük yönelmiş özelliklere işletmek için anizotnop olarak dizayn edilir.

Karbon, cam veya Kevlar fiberli kompozitler, yapraklı sert yapılar gibi iyi bilenen hale gelirler. Bunlar yani bu materyaller dizayn esnekliğinde yeni boyutlar sunarlar. Fakat bu avantajlar beraberinde bazı dizayn problemlerine neden olur.

MALZEME ÖZELLİKLERİ Sertlik: Yapısal parçaların dizaynında, fiberle güçlendirilmiş yapılar önem arz eder. Bu kompozit sistemler uygun nedenlerle birleştirilirler. Örneğin, fiberin bölgesel kompozisyonu kabul edilerek, boyutlar ile fiber yapısının şekli ve tipi değiştirilerek, bir kompozit parçanın farklı alanlardaki sertlik değerleri önemli oranda değiştirilir.

www.muhendisce.net Süneklik: Çok rijit metallerdeki gibi, karbonla güçlendirilmiş plastiklerde gevrektir. Çünkü karbon lifleri kırılgandır. Karbon lifli kompozitler bir davranış göstermezler ve darbe dirençleri oldukça düşüktür. İletkenlik (Geçirgenlik): Plastik reçineler içerisine katılan karbon fiberleri, elektrik ve ısı iletkenliğini sağlayan tertiplere neden olurlar. Elektrik iletkenliği doğru akım için faydalar sağlar. Bu özellik elektrostatik uygulamalar için bir avantajdır.

Isıl Genleşme: Bir kompozitin ısıl genleşme katsayısı sadece fiberlerin boyutlarına bağlı değildir. Fakat matriks metalin ısıl davranışları da önemlidir. Dolayısıyla kompozit malzemelerdeki ısıl genleşmeleri önlemek için dikkat edilmelidir ve yönler ile boyutlar ilgili tolerans limitlerini aşmamalıdır. Eğer ki ısıl genleşmeler zarar verici seviyede ise kesintili fiberlerdeki rasgele yönlenmiş yapı uygun bir çözüm olabilir. Matriks materyaldeki genleşme fiberlerden daha büyüktür. Isıl genleşmeler bir kompozit malzemede kolayca oluşabilir. Çünkü matriks reçinedeki elastik genleşmeler, karbon liflerinden daha geniş ve sünektir. Ayrıca indüklenmiş ısıl gerilmeleri absorbe eder. Ara yüzey bağ kuvveti fiber-matriks boyunca değişmez ve kompozit malzemenin özelliklerini etkilemez. Bir kompozit malzemenin çalışma sıcaklığının limitleri, matriks yapısına bağlıdır. Yüksek sıcaklık epoksileri için sıcaklık dağılım birkaç yüz derece olabilir. Maksimum olarak 350ºF (177ºC)dir.

Eğer gerilmelerin seviyesi 30 kips / inç² (207 Mpa) ve elastisite modülü 5-30*10000000 lb. / inç² (34,5-2076 pa) olacağı bekleniyorsa, kuvvetlendirilmiş fiberlerin bazıları belirli şekillerde olmalıdır. Şekiller ( Morfoljiler ): Bir parçanın istenilen dizaynında ilk olarak, uygun metaller şekilleri ( formları ) ve üretim metodlarının anlaşılması gerekir. Kompozit yapılar çok çeşitli şekiller sahip olmalarına rağmen hepsi, polister, tipik epoksilen, reçine matriskteki uzun fiberlerle meydana gelir.kısa ve rasgele dağılmış fiberlerde, uzun fiberlerle birlikte bir darbe emici gibi kullanılırlar.

Materyal şekillere belirli fabrikasyon ( üretim) işlemleri ile temin edilir. Şekiller ve işlemler, karıştırılan kuru fiberler ve reçinelere göre gruplandırılabilirler.

DİZAYN FAKTÖRLERİ Geçmişte dizayn mühendislerinin yaklaşımı, kompozitlerin yerine geçen yeni parçaların dizaynı idi. Örneğin, kompozit malzemelerden türbin motorları dizaynında, mevcut bileşenleri ağırlık ve maliyetin azaltılması gibi bir yol izlenmiştir. Kompozit parça dizaynı, bu nedenle kompozitler genelde önemli olmayan komşu tesisatlarla uygunluğa zorlanmıştır. Sonuç olarak, kompozit bileşenler, orijinal motor dizaynında istenmeyen ekstra özellikleri ve fazlalıkları ihtiva ederler. Dahası, kompozit yapılarının belirli mukavemet özellikleri ve daha yüksek belirli sertlik gibi tüm avantajların tamamı avantaj olarak alınamaz. Değişen isteklerden dolayı ortaya çıkan maliyet ve ağırlık, motor dizaynına kompozit malzemeleri daha az çekici hala getirir.

Kompozitlerin birleştirilmesi ile oluşan yeni motor dizaynında düşük ağırlık ve düşük maliyet

www.muhendisce.net planlanmıştır. Kompozit malzemeler, gaz-türbin motorlarında yaygın olarak kullanılmamaktadır. Çünkü motor sistemlerinin doğal yapısı, malzeme yapısındaki değişmelere karşı aşırı derecede koruyucu tarzda yapılmamıştır. Yani ilerlemiş süpersonik motorlar, en düşük ağırlıkta, maksimum performansı verecek şekilde dizayn edilmiştir.

Ticari amaçlı jet türbin motorlarında kritik kompozit bileşenler, türbin motor sistemleri ve askeri alanda kompozitlerin başarılı bir şekilde kullanılmasına dayandırılır. Bir işletimsel jet motorundaki malzemelerim toplam sıcaklık oranı –65‟den yaklaşık olarak 2200ºF (-54‟ den 1220ºC)‟ye ulaşabilir. Bunlar genellikle uçak motorlarında, fanlarda, bazı durumlarda düşük basınçta kompresörlerde ve sıhhi tesisatlarda kullanılırlar. Bunlardan 1000ºF (538ºC)‟ de kullanılabilen Bsc-Ti hariçtir. Bu kompozit malzeme 600ºF (316ºC) „yi geçebilecek giriş sıcaklıklarında motorlarda daha ileri seviyede kullanılabilir.

Yapısal kompozitler, normal biçimde sertleştirilen fan pervanelerinde çekicidir. Bu durumda yüksek sertlik, kompozitlerin düşük yoğunluğu, fan veya kompresör veriminin artması, maliyet ve ağırlığın azalması gibi avantajları kompozitler içerir. Daha da önemlisi, metal parçalarla mümkün olandan %50 daha yüksek dönme hızı sağlayan kompozit fanlar yapılabilir.

Motorlardaki yüksek sıcaklıklar genellikle, polimid reçine veya metal (Al ve Ti) gibi kompozit matrisklerin tipini sınırlar. Güçlendirilmiş, süper alaşımlı fiber yapılardaki gibi yeni kompozit sistemler, kompresör ve türbinlerde ilave uygulama alanları bulmuştur.

KOMPOZİT MALZEMELERİN MEKANİK DAVRANIŞLARI Kompozit malzemeler onları daha klasik mühendislik malzemelerinden farklı kılacak birçok karakteristiklere sahiptir. Çoğu yaygın mühendislik malzemeleri homojen ve izotroptur.

Yapılar ile sıcaklık bağımlı izotropik malzeme özellikleri, bir sıcaklık değişimine (gradyanına) maruz bırakıldığında homojen değildir. Fakat hala izotropiktir. Kompozit malzemeler sık sık hem heterojendir ve hem de anizotropiktir. Bazı kompozit malzemeler çok basit örneğin, yaprak şekilli cam fiberli yapı, üç tabakaya sahiptir ve bunların her biri homojen ve izotropiktir.

KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ Eş-Deformasyon Hali Kompozitin Elastik Modülünün Bulunması Yapılan kabuller: -Fiber matriks ve kompozitin elastik davranış göstermektedir.

-Fiber matriks ara yüzeyi mükemmeldir.

-Fiberler ,uygulanan kuvvete paraleldir.

-Fiberler üniform dağılım göstermektedir.

-Fiberler süreklidir. Şekil 16 da Eş deformasyon halindeki bir kompozit malzemeye etkiyen kuvvetler görülmektedir.burada F= Kompozite etkiyen yük, FF = Fiberlere etkiyen yük, FM = Matrikse etkiyen toplam yük, AK=Kompozitin kesit alanı, AF= Fiberlerin seti alanı ve AM= matriksin kesit alanıdır.

www.muhendisce.net Eş deformasyon Halindeki Bir Kompozit Malzemeye Etkiyen Kuvvetler.

Hook Bağıntısı; F= ζ.A F=FF +FM ζK=Kompozitteki gerilme,ηF=Fiberdeki gerilme ve ηM= matristeki gerilme olmak üzere;

ζK * AK = ζ * AF + ζM * AM ζK * AK * LK = ζF * AF * LF + ζM * AM * LM ζK x VK = ζF x VF + ζM * VM ζK = ζF VF / VK + ζM *VM / VK VF / VK = λF = Fiber Hacim Oranı VK = VF + VM VM / VK =λM = Matriks Hacim Oranı ζK = ζF * λF +ζM * λM (Karışımlar Kuralı) PK = Kompozitin Yoğunluğu, PF = Fiberin Yoğunluğu ve PM = Matriks yoğunluğu olmak üzere ; PK = PF * λF + PM * λM ψK = Kompozitin elektrik iletkenliği, ψF = Fiberin elektrik iletkenliği ve ψM = Matriksin elektrik iletkenliği olmak üzere ; ψK = ψF * λF + ψM * λM (Paralel Yönlü) KK = Kompozitin dik yönde ısı iletkenliği, KF = Fiberin dik yönde ısı iletkenliği ve KM =Matriksin dik yönde ısı iletkenliği olmak üzere ; -KK = KF * λF + KM * λM -(1/KK) = (1/KF) * λF + (1/KM) * λM λF + λM = 1 λF = AF / AK λM = AM / AK λM = 1-λF -ζK = ζF * λF + ζM * (1-λF) EK = Kompozitin elastik modülü, EF = Fiberin elastik modülü, EM = Matriksin elastik modülü, εK = Kompozitin şekil değiştirme oranı, εF =Fiberin şekil değiştirme oranı ve εM = Matriksin şekil değiştirme oranı olmak üzere; Hooke Bağıntısı : ζ = E * ε EK * εK = EF * εF + EM * εM ΔL = Uzama miktarı ve L = Toplam boy olmak üzere;

www.muhendisce.net ΔLK / LK = ΔLF / LF = ΔLM / LM = Uzama miktarları eşit olacaktır. ΔLK / LK = εK ; ΔLF / LF = εF ; ΔLM / LM = εM εK = εF = εM olduğundan dolayı; EK = EF * λF + EM * (1 - λF) EK * εK = EF * εF + EM * εM EŞGERİLME İÇİN KOMPOZİTİN ELASTİK MODÜLÜNÜN BULUNMASI: Şekildeki eş-gerilme halindeki bir kompozit malzemeye etkiyen kuvvetler görülmektedir.

Burada ; F = FK = FM = FF ve A = AK = AM = AF → F / A = FK / AK = FM / AM = FF / AF dolayısıyla ζ = ζK= ζM = ζF

F MATRİKS FİBER MATRİKS F

F = FK = FM = FF Şekil 17: Eş gerilme halindeki bir kompozit malzemeye etkiyen kuvvetler εK = εF = λF + εM ( 1 – λF ) Hook bağıntısı ; ζ = E * ε → ε = ζ / E ζK/ EK = λF / EF * λF + ζM / EM * λM ( 1 / EK ) = ( 1 / EF ) * λF + ( 1 / EM ) * λM KOMPOZİTLERİN POİSSON ORANIN BULUNMASI Şekil 18 de kompozitin x – y yönünde çekilmesi ile boyutlarında oluşan uzamalar ve kısalmalar görülmektedir. Bu durumda x- yönünde uzama ve y- yönünde kısalma olmaktadır. Δh = Kısalma miktarı. ΔL = uzama miktarı. ε1= 1 yönündeki şekil değiştirme ε2=2 yönündeki şekil değiştirme olmak üzere : ∆hM/2 MATRİKS hM/2 ∆hF/2 hF hK

www.muhendisce.net ∆hF/2 hM/2 ∆hM/2 LK = LM = LF ∆L / 2 ∆L / 2 1 veya x-ekseni 2 veya y-ekseni Bir kompozitin x yönünden çekilmesi ile boyutlarında oluşan uzama ve kısalmalar ε1 = ∆L / L = (∆L / 2 +∆L / 2 ) / L 1 yönündeki uzama ε2 =∆h / h = (∆h / 2 +∆h / 2 ) / h 2 yönündeki kısalma 1 yönündeki uzama için; 2 yönündeki kısalma için; ∆L = ∆LK = ∆LM = ∆LF ∆h = ∆hK = ∆hM = ∆hF γ = poisson oranı olmak üzere γ = ε2 / ε1 = ∆h / h = ∆L / L matriks için poisson oranı ; γM = ε2M / ε1M = ( ∆hM / hM ) / ε1M ∆hM =hM * ε1M* γM fiber için poisson oranı ; γF = ε2F / ε1F = ( ∆hF / hF ) / ε1F ∆hF = hF * ε1F* γF kompozit için poisson oranı ; γK = E2K / ε1K = ( ∆hK / hK ) / ε1K ∆hK = hK * ε1K * γK hK * ε1K * γK = hF * ε1F * γF + hM * ε1M * γM ∆LK = ∆LM = ∆LF ( 1 yönündeki uzama ) ε1K = ε1F = ε1M hK * γK = hF * γF + hM+ γM VF / VK = λF = fiber hacim oranı VK = VF + VM VM / VK = VM = matriks hacim oranı γK = γF * λF + γM * λM

www.muhendisce.net KOMPOZİTLERİN KAYMA MODÜLÜNÜN BULUNMASI Şekil 19 „ da bir kompozitin bir kuvvet neticesinde oluşan kayma görülmektir. Burada ; Z = kayma gerilmesi, δ = kayma şekil değiştirmesi, G = kayma modülü ve θ = kayma açısıdır.

Tan θ = ∆F / hF = δF ∆F = hF * δF = h * λF * δF Tan θ = ∆M / hM = δM ∆M = hM * δM = h * λM * δM Kompozit için ; ∆K = hK * δK = h * δ ∆K = ∆M + ∆F h * δ = h * λM* δM + h * λF * δF δ = λM * δM+ λF * δF Z δ MATRİKS θM MATRİKS FİBER FİBER ∆M/2 01 FİBER 0 MATRİKS θM MATRİKS ∆F z ∆M/2

MATRİKS 0M hM MATRİKS ∆M Şekil 20: Bir kompozite kuvvet neticesinde oluşan kayma.

Z = G / δ δ = Z / G ve δK = ZK / GK ; δF = ZF / GF ; δM= ZM / GM ZK / GK = ( ZF / GF ) * λF + ( ZM / GM ) * λM ZK = ZF = ZM olduğundan dolayı ; 1 / GK = (1 / GK ) * λF + ( 1 / GM ) λM GK = ( GM * GF ) / ( GM * λM + GF * λF )