MAK 4087 KOMPOZİT MALZEME MEKANİĞİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "MAK 4087 KOMPOZİT MALZEME MEKANİĞİ"

Derya Yıldırım
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 MAK 4087 KOMPOZİT MALZEME MEKANİĞİ Öğretim Üyesi: Doç.Dr. Cesim Ataş Değerlendirme: 1. Ara S: %17.5, 2. Ara S: %17.5, Ödev/Sunum: %15, Final: %50 Kaynak Kitaplar Mechanics of Composite Materials, Autar K. Kaw, CRC Press(Taylor&Francis), 2006 (Türkçesi Çevirisi: Efil Yayınları) Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design, P.K. Mallick, CRC Press (Taylor&Francis), Mechanics of Composite Materials with MATLAB, George Z. Voyiadjis, Peter I. Kattan, Springer, 2005.

2 1. GİRİŞ Mühendislikte Kullanılan Malzemeler Metaller Plastikler Seramikler Kompozitler,. Kompozit Malzeme Nedir? İki veya daha fazla malzemenin makrodüzeyde bir araya getirilmesiyle oluşturulan ve yeni özelliklere sahip malzemelere Kompozit Malzeme denir.

3 + = Polimer matriks Takviye kompozit

4 Kompozitlerin Kulanım Alanları Havacılık ve savunma sanayi Kapasite: 853 yolcu Airbus A380 Uzunluk : 67,90 m Yükseklik: 24,10 m veya daha fazla Azami boş ağırlık: 361 t Kanat Alanı: 846 m²

5 Deniz taşımacılığı

6 Kara taşımacılığı Uzay Programları

7 Enerji sektörü Rüzgar Türbini

8 Altyapı ürünleri

9 Yapı/İnşaat Sportif ürünler

10 Ev ürünleri Tanklar ve basınçlı kaplar

12 Kompozit malzemelerin bileşenleri 1. Matris fazı Sürekli ve ana faz. Takviye fazını birarada tutar ve yükü paylaşırlar. 2. Takviye fazı Matris içindeki ikincil fazdır, matrisin dayanım ve rijitliğini arttırır. 3. Arayüzey Matris ile takviye fazı arasındaki fazdır (kimyasal, fiziksel, mekanik). Yapışmayı belirler.

13 Kompozit malzemelerin sınıflandırılması a) Matrise Göre Polimer Matris Kompozitler [Polymer Matrix Composites (PMC) veya Fibre Reinforced Polymers/Plastics (FRP)] : Matris olarak çeşitli reçineler, takviye malzemesi olarak da çeşitli elyaflar (cam, karbon, aramid) kullanılır. Metal Matris Kompozitler (Metal Matrix Composites,MMC): Özellikle otomotiv sanayinde kullanılan kompozitlerdir. Ör; SiC takviyeli alüminyum matris kompozitler. Seramik Matris Kompozitler (Ceramic Matrix Composites, CMC): Genellikle, çok yüksek sıcaklıklarda çalışan yapılarda kullanılırlar. Takviye malzemesi olarak genellikle silicon carbide ve boron nitride gibi kısa fiberler kullanılır. b) Takviyeye Göre Elyaf takviyeli kompozitler Parçacık takviyeli kompozitler Tabakalı kompozit malzemeler

14 Bir malzemede aranan özellikler Akma/kırılma dayanımı Rijitlik (Elastik modülü) Kırılma Tokluğu (Çatlak yayılmasına karşı dayanma direnci) Yoğunluk (birim hacim kütlesi) Yüksek sıcaklıklara dayanma direnci

15 Kompozit Malzemelerin Avantaj ve dezavantajları Avantajlar: Yüksek dayanım Yüksek rijitlik Düşük ağırlık Yüksek yorulma dayanımı Yüksek aşınma direnci Yüksek korozyon direnci İstenen yönde ısıl ve termal özellikler Dezavantajlar: Daha yüksek maliyet İşleme güçlükleri Geri dönüşümün genellikle olmayışı Kırılma uzamasının az olması Bazı kompozitler için metallere oranla üretim zorluğu Estetik görünüm

16 Kompozitler ile Klasik Malzemelerin mekanik özellikleri (Ref: komp. Mlz. Giriş-Yusuf Şahin) Malzeme Cinsi Özgül Ağırlığı (ρ, gr/cm 3 ) Çekme Dayanı mı (σ,mpa) Elastisite Modülü (E, GPa) Özgül Çekme Dayanı mı (σ/ ρ) Özgül Modülü (E/ ρ) Alüminyum Uzama % Al Al alaşımı Titanyum Ni Alaşımı Akşap (Kayın) Alaşımsız Çelik Düşük Alaşımlı Çelik Dökme Demir Pirinç %30Zn Karbon/epoxy % Kevlar/epoxy cam/epoxy % Cam/polyester %

17 2. Takviye ve Matris Malzemeleri Kompozit malzemeler reçine ve takviye bileşenlerinden oluşur.kompozitler temel olarak kalıp görevi gören reçine içine gömülmüş sürekli veya kırpılmış elyaflardan oluşmaktadır.bu bileşenler birbirleri içinde çözülmezler veya karışmazlar.kompozit malzemelerde elyaf;sertlik,sağlamlık gibi yapısal özellikleri,plastik reçine malzemesi ise elyafın yapısal bütünlüğü oluşturması icin birbirine bağlanması,yükün elyaf arasında dağılmasını ve elyafın kimyasal etkilerden ve atmosfer şartlarından korunmasını sağlar.

18 Bir Kompozit Ürünün özelliklerini belirleyen unsurlar Takviye elemanının (fiber) özellikleri Matris malzemenin özellikleri Fiber-matris ara yüzeyindeki yapışma kabiliyeti Fiber/matris oranı (Hacimsel Yoğunluk, Fibre Volume Fraction) Takviye elemanının geometrisi ve matris içindeki yönlenmesi (oryantasyonu)

19 Başlıca Takviye elemanları (elyaf halinde): Cam Karbon Boron Alüminyum oksit Silisyum karbür Organik moleküller (aramidler)..

20 Cam lifi Kırpılmış Cam lifi Kırpılmış Cam lifinden keçe kumaş

23 Çekirdek (Core) takviyeler Bu malzemeler, genellikle sandviç yapıların üretiminde; yüksek mukavemetli ve ince iki kompozit tabaka arasında çekirdek (core) olarak kullanılırlar. Amaç, malzeme kalınlığını hafif yapılar ile arttırarak direngenliği arttırmaktır. Bu malzemeler yüksek mukavemetli alt ve üst yüzeylere (tabakalara) yük transferini bir yüzeyden diğerine aktarabilecek güçlü yapıştırıcılar ile bağlanırlar. Mazumdar

24 MATRİS MALZEMELER (REÇİNELER) Kompozit malzeme üretiminde kullanılan bir reçineden beklenen özellikler:. İyi mekanik özellikler 2. İyi yapışma kabiliyeti 3. İyi tokluk özellikleri 4. Çevresel etkilere direnç: Reçinelerin birtakım çevresel etkilere (UV gibi), suya ve agresif maddelere (kimyasallar) dirençlerinin yüksek olması istenir.

25 (Mallick) REÇİNE TÜRLERİ Fiber takviyeli kompozit imalatında kullanılan reçineler bazen polimer olarak anılırlar. Polimerler basit molekül yapıların oluşturduğu zincir yapılardır. Polimerler; Termoplastikler ve Termosetler olarak iki gruba ayrılır. Termoplastikler, metallerde olduğu gibi, yeterli ısı ile eriyen ve soğutulduğunda da katılaşabilen yapılardır. Yani geri dönüşümü olan polimer yapılardır. Naylon, polipropilen, polietilen tipik termoplastik örnekleridir.

26 3. Polimer Matris Kompozitlerin Üretim Yöntemleri Seçilecek üretim yöntemi; takviye malzemesine (elyaf), matris malzemeye (reçine), parça şekline, istenen mekanik ve fiziksel özelliklere, maliyete ve üretim hızına bağlı olarak değişim gösterir. Bir parçayı üretmek için genel olarak; ham madde, kalıp, ısı ve basınca ihtiyaç vardır. Kullanılan reçine ve takviye malzemesine ilave olarak, üretim yöntemi de bir kompozit yapının nihai özelliklerini belirlemede önemli rol oynar.

27 Mazumdar

28 Kollar& springer

29 Polimer Matris Kompozitlerin Üretim Yöntemleri Termoset kompozitlerin üretim yöntemleri Termoplastik kompozitlerin üretim yöntemleri Kısa-fiber kompozitler Sürekli-fiber kompozitler Kısa-fiber kompozitler Sürekli-fiber kompozitler SMC kalıplama SRIM BMC kalıplama Spreyleme (Sprey kalıplama) Enjeksiyon kalıplama İplik Sarma (Filament Winding) Çekme (Pultrusion) RTM (Resin Transfer Molding ) Elle Tabakalama (Hand Lay Up Otoklav prosesi (Autoclave process) Diğer Yöntemler ( SCRIMP, RIFT, VARTM ) Enjeksiyon kalıplama Blow molding? Termal şekillendirme Bant sarma Presli Kalıplama (Compression Moulding) Otoklav..

30 Sprey kalıplama/püskürtme Reçine olarak daha çok polyester kullanılır. Takviye malzemesi olarak demet halindeki lifler kullanılır. Kaynak: Mazumdar

31 1) Spray-up Chopper Roving 2) Resin Cure Atomised resin and catalyst 3) De-moulding

32 Elle Tabakalama (Hand Lay Up/Wet lay-up) Yöntem; bir kalıba elle yerleştirilen kumaşlara (elyaf) bir rulo veya fırça ile reçinenin emdirilmesi esasına dayanır. 1) Placement of Dry Reinforcement 3) Repeated Application of Layers 2) Resin Wetting 4) Resin Cure

33 İplik Sarma (Filament Winding) Çevresel sarım Helisel sarım Polar sarım

36 Vakum Destekli Reçine İnfüzyon Prosesi Resin inlet Vacuum bag Resin distribution medium PET/PVC foam Peel ply E-glass fabrics Vacuum outlet Sealant tape Release film Mold Breather

37 Reçine Transfer kalıplama (Resin Transfer Molding,RTM) İnfüzyon yönteminden farklı olarak burada Jelkot uygulanmış iki kalıp kullanılır. 1) Preform Manufacture 2) Preform Compression 3) Resin Injection 4) Resin Cure 5) De-moulding

39 Pultrüzyon (pultrusion) Pultrüzyon (çekme) düşük maliyetli, yüksek-hacimde üretime imkan veren, sürekli ve otomatik bir prosestir.

40 Autoclave Cure (Otoklav Pişirme)

41 Sıcak Presleme (Hot Press technique)

Benzer belgeler

İÇERİK Kompozit malzemeler

İÇERİK Kompozit malzemeler Kullanım alanları Avantaj ve dezavantajları Sınıflandırılması KOMPOZİT MALZEMELER İki veya daha fazla malzemenin makro- düzeyde bir araya getirilmesiyle oluşturulan ve yeni özelliklere