Kategori arşivi: Kompozitler

Kompozit Malzemelerde Kullanılan Elyaf (Fiber) Çeşitleri ve Özellikleri

Yazıyı Paylaş

Matris malzeme içinde yer alan elyaf yani fiber takviyeler kompozit yapının temel mukavemet elemanlarıdır. Düşük yoğunluklarının yanısıra yüksek elastite modülüne ve sertliğe sahip olan elyaflar kimyasal korozyona da dirençlidir. Günümüzde kompozit yapılarda kullanılan en önemli takviye malzemeleri sürekli elyaflardır. Bu elyaflar özellikle modern kompozitlerin oluşturulmasında önemli bir yer tutarlar.

Cam elyaflar teknolojide kullanılan en eski elyaf tipleridir. Son yıllarda geliştirilmiş olan bor, karbon, silisyum karbür ve aramid elyaflar ise gelişmiş kompozit yapılarda kullanılan elyaf tipleridir . Elyafların ince çaplı olarak üretilmeleri ile, büyük kütlesel yapılara oranla yapısal hata olasılıkları en aza indirilmiştir. Bu nedenle üstün mekanik özellikler gösterirler. Ayrıca, elyafların yüksek performanslı mühendislik malzemeleri olmalarının nedenleri aşağıda verilen özelliklere bağlıdır.

  • Üstün mikroyapısal özellikler, tane boyutlarının küçük oluşu ve küçük çapta üretilmeleri
  • Boy/çap oranı arttıkça matris malzeme tarafından elyaflara iletilen yük miktarının artması
  • Elastite modülünün çok yüksek olması

Bor elyaflar

Bor elyaflar aslında kendi içlerinde kompozit yapıdadırlar. Çekirdek olarak adlandırılan ince bir flamanın üzerine bor kaplanarak imal edilirler. Çekirdek genellikle Tungstendir. Karbon çekirdek de kullanılabilir ancak bu yeni bir uygulamadır.

Bor-Tungsten elyaflar, sıcak tungsten flamanın hidrojen ve bortriklorür (BC13) gazından geçirilmesi ile üretilirler. Böylece Tungsten flamanın dışında bor plaka oluşur. Bor elyaflar değişik çaplarda üretilebilirler (0.05mm ila 0.2mm). Tungsten çekirdek ise daima 0.01 mm çapında üretilir. Bor elyaflar yüksek çekme mukavemetine ve elastik modüle sahiptirler. Çekme mukavemetleri 2758 MPa ila 3447 MPa’dır. Elastite modülü ise 400 GPa’dır. Bu değer S camının elastite modülünden beş kat fazladır. Üstün mekanik özelliklere sahip olan bor elyaflar, uçak yapılarında kullanılmak üzere geliştirilmişlerdir. Ancak, maliyetlerinin çok yüksek olması nedeniyle, son yıllarda yerlerini karbon elyaflara bırakmışlardır. Bor elyafların Silisyum Karbür (SiC) veya Bor Karbür (B4C) kaplanmasıyla yüksek sıcaklıklara dayanımı artar. Özellikle bor karbür kaplanması ile çekme mukavemeti önemli ölçüde artırılabilir. Bor elyafların erime sıcaklıkları 2040°C civarındadır.

Silisyum karbür elyaflar

Bor gibi, silisyum karbürün tungsten çekirdek üzerine kaplanması ile elde edilirler. 0.1 mm ila 0.14 mm çaplarında üretilirler. Yüksek sıcaklıklardaki özellikleri bor elyaflardan daha iyidir. Silisyum karbür elyaf 1370°C’ta mukave*metinin sadece %30’nu kaybeder. Bor elyaf için bu sıcaklık 640 °C’tır .Bu elyaflar genellikle Titanyum matrisle kullanılırlar. Jet motor parçalarında Titanyum, Alüminyum ve Vanadyum alaşımlı matris ile kullanılırlar. Ancak Silisyum karbür elyaflar Bor elyaflara göre daha yüksek yoğunluğa sahiptirler. Silisyum karbürün karbon çekirdek üzerine kaplanması ile üretilen elyafların yoğunluğu düşüktür.

Alumina elyaflar

Alumina, alüminyum oksittir (Al2O3). Elyaf formundaki alumina, 0.02 mm çapındaki alumina flamanın Silisyum dioksit (SiO2) kaplanması ile elde edilir. Alumina elyafların çekme mukavemetleri yeterince yüksek değildir, ancak basma mukavemetleri yüksektir. Örneğin, alumina epoksi kompozitlerin basma mukavemetleri 2275 ila 2413 MPa’dır. Ayrıca, yüksek sıcaklık dayanımları nedeniyle uçak motorlarında kullanılmaktadırlar. Termal izolasyon olarak kullanilabilir.

Grafit (Karbon) elyaflar – fiberler

Karbon, yoğunluğu 2.268 gr/cm3 olan kristal yapıda bir malzemedir. Karbon elyaflar cam elyaflardan daha sonra gelişen ve çok yaygın olarak kullanılan bir elyaf grubudur. Hem karbon hemde grafit elyaflar aynı esaslı malzemeden üretilirler. Bu malzemeler hammadde olarak bilinirler. Karbon elyafların üretiminde üç adet hammadde mevcuttur. Bunlardan ilki rayondur (suni ipek). Bu hammadde inert bir atmosferde 1000 – 3000 °C civarına ısıtılır ve aynı zamanda çekme kuvveti uygulanır. Bu işlem mukavemet ve tokluk sağlar. Ancak yüksek maliyet nedeniyle rayon elyaflar uygun değildirler.

Elyaf imalatında genellikle rayonun yerine poliakrilonitril (PAN) kullanılır. PAN bazlı elyaflar 2413 ila 3102 MPa değerinde çekme mukavemetine sahiptirler ve maliyetleri düşüktür. Petrolün rafinesi ile elde edilen zift bazlı elyaflar ise 2069 MPa değerinde çekme mukavemetine sahiptirler. Mekanik özellikleri PAN bazlı elyaflar kadar iyi değildir ancak maliyetleri düşüktür.

Karbon elyafların en önemli özellikleri düşük yoğunluğun yanısıra yüksek mukavemet ve tokluk değerleridir. Karbon elyaflar, nemden etkilenmezler ve sürünme mukavemetleri çok yüksektir. Aşınma ve yorulma mukavemetleri oldukça iyidir. Bu nedenle askeri ve sivil uçak yapılarında yaygın bir kullanım alanına sahiptirler. Karbon elyaflar çeşitli plastik matrislerle ve en yaygın olarak epoksi reçinelerle kullanılırlar. Ayrıca karbon elyaflar alüminyum, magnezyum gibi metal matrislerle de kullanılırlar .

Aramid Elyaflar

Aramid “aromatik polyamid” in kısaltılmış adıdır. Polyamidler uzun zincirli polimerlerdir, aramidin moleküler yapısında altı karbon atomu birbirine hidrojen atomu ile bağlanmışlardır. İki farklı tip aramid elyaf mevcuttur. Bunlar Du Pont firması tarafından geliştirilen Kevlar 29 ve Kevlar 49’dur. Aramidin mekanik özellikleri grafit elyaflarda olduğu gibi elyaf ekseni doğrultusunda çok iyi iken elyaflara dik doğrultuda çok zayıftır. Aramid elyaflar düşük ağırlık, yüksek çekme mukavemeti ve düşük maliyet özelliklerine sahiptir. Darbe direnci yüksektir, gevrekliği grafitin gevrekliğinin yansı kadardır. Bu nedenle kolay şekil verilebilir. Doğal kimyasallara dirençlidir ancak asit ve alkalilerden etkilenir.

Her iki kevlarda 2344 MPa değerinde çekme mukavemetine sahiptir ve kopma uzaması %1.8’dir. Kevlar 49’un elastik modülü kevlar 29’unkinden iki kat fazladır. Kevlar elyafın yoğunluğu cam ve grafit elyafların yoğunluklarından daha düşüktür. Kevlar49/Epoksi kompozitlerinin darbe mukavemeti grafit epoksi kompozitlere oranla yedi kat, bor/epoksi kompozitlere oranla dört kat daha iyidir. Uçak yapılarında, düşük basma mukavemetleri nedeniyle, karbon elyaflarla birlikte hibrid kompozit olarak, kumanda yüzeylerinde kullanılmaktadırlar. Aramid elyaflar elektriksel iletkenliğe sahip değildirler. Basma mukavemetlerinin iyi olmamasının yanısıra kevlar epoksi kompozitlerinin nem absorbe etme özellikleri kötüdür. Şekilde farklı elyaf malzemelerin ve epoksi matrisin gerilme-uzama diyagramı verilmiştir. Çizelgede ise farklı elyaf malzemelerin epoksi matris ile oluşturduğu yarı mamul tabaka maliyetleri, E camının maliyeti baz alınarak verilmektedir.

Yazıyı Paylaş

Cam elyaflar/fiberler

Yazıyı Paylaş

Cam elyaflar, sıradan bir şişe camından yüksek saflıktaki kuartz camına kadar pek çok tipte imal edilirler. Cam amorf bir malzemedir ve polimerik yapıdadır. Üç boyutlu moleküler yapıda, bir silisyum atomu dört oksijen atomu ile çevrilmiştir. Silisyum metalik olmayan hafif bir malzemedir, doğada genellikle oksijenle birlikte silis (SiO2) şeklinde bulunur. Cam eldesi için silis kumu, katkı malzemeleri ile birlikte kuru halde iken 1260 °C civarına ısıtılır ve soğumaya bırakıldığında sert bir yapı elde edilir.

E-cam elyaf

Cam Elyafların Özellikleri

Cam elyaflar/fiberler yazısına devam et
Yazıyı Paylaş

Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları

Yazıyı Paylaş

Günlük Ve Ticari Hayatta Kullanım:

yaygın şekilde cam elyafı, cam, keçe ve cam dokuma ile polyester reçineden yapılan çeşitli ürünler kullanılmaktadır. Cam elyaf oranı % 30– 40 arasıdır. Çay tepsisi, masa–sandalye, depo, küvet, tekne, bot ve otomotiv sanayi bu kompozitlerin uygulama örnekleridir. Ayrıca formika, baskılı devre plakası, elektrikçi fiberleri, spor malzemeleri ve araç şarjı atlama sırıkları, kaynak takımı, tenis raketi, yarış kanoları değişik birleşik malzemelerden yapılan ürünlerdir.

Askeri Alanda Kullanım

Kurşun geçirmez kompozit yelekler

Uzay ve Havacılık Sanayisi

Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları yazısına devam et
Yazıyı Paylaş

Kompozit Malzemelerin Özellikleri

Yazıyı Paylaş

Kompozitler çok genel konu olmasına karşın mekaniksel davranış bakımından mikromekanik ve makromekanik olmak üzere iki kısma ayrılabilir.

Mikromekaniksel davranış: Yapı bileşenlerinin özellikleri ayrı ayrı ve hacimsel oranları ile beraber düşünülerek kompozit malzemenin mukavemet, rijitlik, gerilme deformasyon  davranışları gibi özellikler belirlenir, tanımlanır.

Makromekaniksel ise malzemenin yapı bileşenlerinin ayrı ayrı özellikleri düşünülmeden, ortalama görünür özelliklerinden hareket ederek uygulanan gerilmelere karşı davranışlardır.

Kompozit Malzemelerin Özellikleri yazısına devam et
Yazıyı Paylaş

Termoplastik Nanokompozit

Yazıyı Paylaş

Ondokuz Mayıs Üniversitesi(OMÜ) Mühendislik Fakültesi Malzeme Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Doç. Dr. Özgür Demircan, grafen ve kompozit malzemeyi birleştirerek özel yöntemle ürettiği “termoplastik kompozit”in dünyanın en sağlam malzemelerinden biri olduğunu ve dünyada bir örneğinin bulunmadığını söyledi.

Termoplastik Nanokompozit yazısına devam et

Yazıyı Paylaş

Silisyum Karbür – Bor Karbür Kompozitler

Yazıyı Paylaş

Silisyum Karbür-Bor Karbür Kompozitlerin Özellikleri

Silisyum karbürün özellikle mükemmel termal şok dayanımı, oksidasyon dayanımı, yüksek kırılma tokluğunun; bor karbürün sertlik, aşınma dayanımı ve düşük yoğunluk gibi özelliklerin birleşmesiyle silisyum karbür ve bor karbür tozları farklı oranlarda karıştırılarak arzulanan özelliklerde değişik amaçlar için kullanılmaktadır. Bor karbür bu tip uygulamalar için uygun bir malzemedir ancak gevrek olması, düşük ısı dayanımı, yüksek sıcaklıklarda mukavemet azalması ve düşük termal şok dayanımı bor karbürün negatif yönleridir. Bor karbürün kompozitteki varlığı elde edilen ürünün özelliklerini etkilemektedir. Kompozitteki bor karbür miktarının artması sinterlenmiş üründe yoğunluğun düşmesine, oksidasyon dayanımının azalmasına ancak daha hafif bir kompozit oluşmasına yol açar. Ayrıca bu tür kompozitler yüksek ısı dayanımı ve çarpmaya karşı mukavemet sergilemektedir.

Silisyum Karbür – Bor Karbür Kompozitler yazısına devam et

Yazıyı Paylaş

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Yazıyı Paylaş

Yapılarında çok sayıda farklı malzeme kullanılabilen kompozitlerin gruplandırılmasında kesin sınırlar çizmek mümkün olmamakla birlikte, yapıdaki malzemelerin formuna göre bir sınıflama yapmak mümkündür.

Kompozit malzemelerin sınıflandırılması

a. Elyaflı kompozitler
b. Parçacıklı kompozitler
c. Tabakalı kompozitler
d. Karma kompozitler Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması yazısına devam et

Yazıyı Paylaş

Polimer Matrisli Nanokompozitler

Yazıyı Paylaş

Polimer matrisli nanokompozitler ticari olarak çeşitli uygulamalar için üretilir. (örneğin uzay parçaları, otomobil, spor ürünleri, vb.) Son 20 yılda, polimer nanokompozitlerin gelişiminde önemli bir artış olmuştur. 1980’lerin başında taramalı tünel mikroskobu ve taramalı prob mikroskobunun keşfiyle, nanoteknoloji alanında nanoboyutta çalışmak kolaylaştıştır. Bilim adamları yüzey yapısını atomik boyutta görebilir hale gelmiştir. Aynı zamanda bilgisayar teknolojisinde gelişmeler nanoboyutta karakterizasyon ve modelleme ile özellik tahminini kolaylaştırdı. Nanomalzemelerin karakterlerinin eşsiz kombinasyonu (mekanik özellikler vb.) bir çok ilginç alanlar ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, birçok nanokompozit polimer geleneksel polimer kompozit üretim tekniklerine benzemesi nanokompozitleri daha çekici kılmaktadır.

Nanokompozitler, iki veya daha fazla malzemenin en az birinin nano boyutta olmak şartı ile bir araya getirilmesidir. Nanoboyut bilimi ve teknolojisi araştırmaları atomik boyut karakterizasyonu ve modellemesinin kombinasyonu ile yürütülebilir.

Polimer Matrisli Nanokompozitler yazısına devam et
Yazıyı Paylaş

Mikropları Öldüren Kompozit

Yazıyı Paylaş

İzmir’de cam elyaf takviyeli polyester (CTP) üreticisi Polser A.Ş. bu ürünün antimikrobiyal olanını üretti. Mikropları mıknatıs gibi yüzeyine çekip yok eden kaplama levhasının ilk olduğunu ve patentini aldıklarını belirten Polser Satış ve Pazarlama Müdürü Kağan Armağan, “Hijyen aranan her sektör için çok önemli bir ürün. Özellikle can alan hastane mikrobuna karşı kurtarıcı” dedi.

mikrop-barindirmayan-kompozit-kagan-armagan

Mikropları Öldüren Kompozit yazısına devam et

Yazıyı Paylaş