Karbon elyaflı plastikler Otomobil lastikleri

Transkript

1 Kompozit malzemeler Kompozit malzemeler II. Dünya savaşı sırasında mevcut olan malzemelerin teknoloji karşısında bazı ihtiyaçlara cevap vermedikleri için mevcut malzemelerin özelliklerini arttırmak amacıyla araştırmalar sonucunda ortaya çıkmış olan yeni malzemelerdir.

2 Kompozit malzeme; iki ya da daha fazla sayıdaki aynı veya farklı gruptaki malzemelerin en iyi özelliklerini yeni ve tek bir malzemede toplamak amacıyla makro düzeyde birleştirilmesiyle oluşturulan malzemeler olarak adlandırılır. Karbon elyaflı plastikler Otomobil lastikleri

3 Kompozit malzemesinin yapı formu Matriks (ana) malzeme Takviye elemanı Bu malzemeler birbirinden farklı fiziksel özelliklere sahiptirler ve bir araya getirilmeleri ile oluşan malzeme her ikisinden farklı özelliklere sahiptir. Kompozit malzemeler matriks malzemesine göre Plastik Metal seramik

4 Genel olarak takviye malzemesi taşıyıcı görev üstlenir ve etrafında bulunan matriks faz ise onu bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar. Örneğin aluminyum içerisine silisyum karbür bileşiği ilave edilirse burada matriks malzemesi aluminyum takviye malzemeside silisyum karbür olur. Oluşan malzeme metal matriksli kompozit malzeme olur.yani silisyum karbür takviyeli aluminyum kompozit malzeme olarak adlandırılır.

5 Günümüzde en çok kullanılan kompozitlerden biri BETON dur. Çimento, kum ve çelikten meydana gelen kompozit malzemede matriks malzeme çelik, takviye malzemesi de çimento ve kum dur Yani metal matriksli kompozit malzemedir. Kompozit malzemeye en güncel örneklerden biri de kağıttır. Selüloz ve reçineden oluşan kağıt, günümüzde yaşamımızın her alanında eşsiz bir kullanım aracı olarak insanlığın hizmetine sunulmuştur.

6 Günümüzde kompozit malzemelerin kullanım alanı çok geniş boyutlara ulaşmıştır. Kompozit malzemelerin başlıca kullanım alanları ve bu alanlarda sağlanan avantajlar şu şekilde sıralanabilir: Şehircilik : Bu alanda kompozitler, toplu konut yapımında, çevre güzelleştirme çalışmalarında (heykel, banklar, elektrik direkleri v.s.) kullanılmaktadır. Üreticinin çok sayıda standart ürünü kısa zamanda imal edebilmesi, montajdan tasarruf ve ucuz maliyet imkanları, kullanıcıya da yüksek izolasyon kapasitesi, hafiflik ve yüksek mekanik dayanım imkanları sağlamaktadır.

7 Ev Aletleri : Masa, sandalye, televizyon kabinleri, dikiş makinesi parçaları, saç kurutma makinesi gibi çok kullanılan ev aletlerinde ve dekoratif ev eşyalarında kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Bu şekilde komple ve karışık parça üretimi, montaj kolaylığı, elektriksel etkilerden korunum ve hafiflik gibi avantajlar sağlamaktadır. Elektrik ve Elektronik Sanayi : Kompozitler, başta elektriksel izolasyon olmak üzere her tür elektrik ve elektronik malzemenin yapımında kullanılmaktadır. Havacılık Sanayi : Havacılık sanayisinde kompozitler, gün geçtikçe daha geniş bir uygulama alanına sahip olmaktadır. Planör gövdesi, uçak modelleri, uçak gövde ve iç dekorasyonu, helikopter parçaları ve uzay araçlarında başarıyla kullanılmaktadır. Daha hafif malzemeyle atmosfer şartlarına dayanım ve yüksek mukavemet sağlanmaktadır. Otomotiv Sanayi : Bu alanda kompozitlerden oluşan başlıca ürünler; otomobil kaportası parçaları, iç donanımı, bazı motor parçalan, tamponlar ve oto lastikleridir.

8 İş Makinaları : İş makinalarının kapakları ve çalışma kabinleri yapımında da kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Bu şekilde üretimde kullanılan parça sayısı azaltılabilmekte, tek parça üretim mümkün olmaktadır. Ayrıca elektrik izolasyon malzemelerinden de tasarruf sağlanmaktadır. İnşaat Sektörü : Cephe korumaları, tatil evleri, büfeler, otobüs durakları, soğuk hava depoları, inşaat kalıpları birer kompozit malzeme uygulamalarıdır. Tasarım esnek ve kolay olmakta, nakliye ve montajda büyük avantajlar sağlamaktadır. İzolasyon problemi çözülmekte ve bakım giderleri azalmaktadır. Tarım Sektörü : Seralar, tahıl toplama siloları, su boruları ve sulama kanalları yapımında kompozitler özel bir öneme sahiptirler. Kompozit malzemelerden yapılan bu örnekler istenirse ışık geçirgenliği, tabiat şartlarına ve korozyona dayanıklılık, düşük yatırım ve kolay montaj gibi avantajlar sağlamaktadır.

9 Kompozit malzemelerin avantajları 1. Yüksek dayanım 2. Yüksek rijitlik (yük altında esnemeyen sert ve katı malzeme) 3. Yüksek yorulma dayanımı 4. Mükemmel aşınma direnci 5. Yüksek sıcaklık kapsitesi 6. Yüksek korozyon direnci 7. Yüksek ısı iletkenliği 8. Düşük ağırlık 9. Çekici ve estetik görünüm

10 Fakat bu özellikler uygun matriks ve takviye elemanı çifti, üretim tekniği, bileşenlerin mukavemet özellikleri göz önüne alınarak yapılırsa istenilen özellikleri elde etmek mümkündür Uygun matriks takviye elemanı seçiminin sistemin mekanik ve fiziksel özellikleri üzerine etkisi büyüktür. Çünkü kompozit malzemede matriks tarafından takviye elemana yükün iletilmesinde matriks takviye eleman arasındaki bağın kuvveti çok önemlidir. Ara yüzey bağı Bileşenlerin uyumuna Üretim tekniğine Takviye elemanların matriks içinde homojen dağılımına çok bağlıdır.

11 Kompozit malzemelerin 1. Üretim güçlüğü 2. Pahalı olması dezavantajları 3. Diğer malzemeler gibi geri dönüşümünün olmaması 4. İşlenmesinin güç olması yanında maliyetinin yüksek oluşu ve gerekli yüzey kalitesinin elde edilmeyişi

12 Üç çeşit kompozit malzeme grubu bulunmaktadır Elyaf takviyeli kompozit malzemeler Parçacık takviyeli kompozit malzemeler Tabakalı kompozit malzmeler Bu üç tip takviye elemanlı kompozit malzemeler yine plastik metal ve seramik matriks içinde olabilir.

13 Elyaf takviyeli kompozit malzemeler Yumuşak sünek matriks içine sert, dayanıklı, elastikliği yüksek elyaflar ilave edilerek çekme dayanımı, yorulma dayanımı ve özgül dayanımı özellikleri iyileştirilir. Burada matriks malzemesi kuvveti elyaflara transfer ederek yumuşaklık ve tokluk özelliği sağlarken elyafda uygulanan yükün çoğunu taşımaktadır. Değişik şekilli elyaf takviyeli kompozitler 1. Tek yönlü ve sürekli elyaflar 2. Kesikli elyaflar 3. Ortogonal elyaflar 4. Parçacık şekilli elyaflar, 5. Rastgele düzlemsel yönlendirilmiş elyaflar

14 Parçacık takviyeli kompozit malzemeler Bu tip kompozitler, tek veya iki boyutlu makroskopik partiküllerin veya sıfır boyutlu olarak kabul edilen mikroskopik partiküllerin matriks ile oluşturdukları malzemelerdir. En çok kullanılan parçacıklar ise Al2O3 ve SiC den oluşan seramiklerdir. Burada yük elyaf ve matriks tarafından birlikte taşınır. Bu kompozitler metal, seramik ve polimerlerin birleşiminden oluşabilir Bu kompozitler döküm yolu ile üretilmektedir. Karşılaşılan en büyük problem parçacık ilave edildiğinde tozların karıştırılma zorluğu, vizkositenin düşmesi, sıvı metalin parçacıkları ıslatmamasıdır.

15 Tabakalı kompozitler Değişik yönlerdeki tabaka ve katmanların üst üste konularak biraraya getirilmesi ile elde edilmektedir. Buradaki tabakaya laminate denilmektedir. Laminatlar matriks içinde Rastgele yönlenmiş elyaflar Tek yönlü elyaflar Farklı takviyeli tabakalar dan oluşabilir Laminet kompozitin asıl amacı dayanım ve rijitliğin doğrusal bağımlılığından avantaj sağlamaktadır.

16 KOMPOZİT MALZEME HAZIRLAMA TEKNİKLERİ

17 Kompozit malzemelerin bilinen malzemeler karşısında üstün mekanik, fiziksel özellik göstermeleri son yıllarda kompozit malzeme üzerinde daha fazla çalışılmasına öncülük etmiştir. Uygulanan yöntem, metal ya da matriks malzeme, takviye elemanı seçimi ve hazırlama parametreleri üretilecek olan kompozit malzemenin özellikleri üzerinde çok büyük etkisi vardır. Metal matriksli kompozit malzemelerde Al, Mg, Zn, Cu ve Ni gibi malzemeler matriks olarak kullanılırken; silisyum karbür (SiC), boron, grafit, aluminyumoksit, tungsten ve molibden gibi değişik sürekli, kılcal kristalli veya parçacıklı elyaflar takviye elemanı olarak seçilmektedir.

18 Üretim tekniği: Elyafa Matrikse Parçacık şekline İstenilen mekanik ve fiziksel özelliklere göre belirlenmektedir. Metal ve plastik esaslı kompozit malzemeleri üretmek için kullanılan teknikler çok genel olarak: Sıvı hal üretim teknikleri Katı hal üretim teknikleri şeklinde sınıflandırılabilir

19 Bu teknikler: Sıvı metal emdirilmesi Sıvı metal karıştırması Plazma püskürtme Toz metallürji Vakumda presleme Sıcak presleme teknikleridir. Kompozit malzemeleri üretmek için bazı faktörlerin üretim aşamasında yerine getirilmesi gerekmektedir. Bunlar: 1. Elyafların eşit aralıklı dağılım göstermesi 2. Elyafların homojen bir dağılım göstermesi 3. Elyafların kırılmasının önlenmesi 4. Elyaf ve matriks arasında kuvvetli bir arayüzey bağının oluşturulması dır.

20 1- SIVI METAL EMDİRMESİ (infiltrasyon) Sıvı metal emdirmesi kısa elyaf, kılcal kristalli elyaf ve sürekli elyaf takviyeli metal matriksli kompozitlerin üretilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. İstenilen şekle uygun olarak önce uygun bağlayıcı ile mastar (ön şekil) hazırlanır. Kompozitte istenilen elyaf hacim içeriği ve doğrultuları bu aşamada yapılır. Hazırlanan bu model kalıp içine yerleştirilir ve ergimiş metal enjekte ediliyor. Sıvı metal emdirmesi ile mastarın ıslatılması sağlanıyor. Bu sırada organik bağlar yanıyor ve malzeme katılaşmaya bırakılıyor.

21 Al 2 O 3 /Al, B/Mg gibi kompozitler bu metodla üretilmiştir. Sıvı hal üretim tekniğinin en önemli dezavantajı: ıslanabilirlik ve yapısal kusurlardır. Sıvı matriks elyafları iyi ıslatamadığı zaman, elyaf/matriks ara yüzeyinde istenilen kuvvetli bağ oluşmaz. Bu dezavantajı yok etmek için elyaflara başka bir malzeme ile kaplama yapılmakta. Örneğin Boron elyafının SiC ile kaplanması.

22 2- Sıkıştırmalı veya sıvı dövme döküm tekniği Bu yöntemde takviyeden oluşturulmuş preform veya yatağa şekildeki gibi alaşım hidrolik basınç altında emdirilmektedir. Sıkıştırma döküm tekniği nin şematik görünümü

23 Sıvıyı soğutma etkisinden korumak için: kalıp, preform ve zımba ön ısıtmaya tabi tutulmaktadır. takviye ile kalıp arasındaki boşluklara zamansız sıvı penentrasyonu tehlikesini azaltmak için kalıp, kalıp boşluk içine sızdırmaz bir şekilde yerleştirilmelidir. Her bir kompozit sistemi için parçacıklar, alaşımın sıvı sıcaklığını aşmayacak kritik sıcaklığa kadar ısıtılmaktadır. Sıvı metal emdirmesinde: silisyum karbür, grafit, aluminyumoksit ve paslanmaz çelik gibi takviye elemanları ergimiş metal içerisinde gereği gibi ıslanamadığı için kompozit üretimi daha zordur. Sıkıştırmalı döküm tekniğinde: erimiş metalin elyaf demeti içerisine basınçla emdirme esasına dayandığından mikro boşluklar önlenebilmekte ve dolayısıyla atık gazlar atılarak preform içerisinden daha sağlam, gözeneksiz bir yapı elde edilebilmektedir.

24 Sıvı dövme döküm tekniğinde: önceden ısıtılmış seramik elyafların sıvı metal içerisine veya metal kalıp içine, basınç altında, sıvı metalle emdirilerek katılaşması kısa sürede gerçekleşmektedir. Sıvı metale genellikle MPa basınç uygulanmaktadır. Katılaşma zamanı kısadır. İnce taneli düzgün bir yapı oluşmaktadır.

25 Sıvı dövme döküm tekniği nin şematik görünümü

26 Sıvı dövme döküm tekniği ile sağlam bir kompozit üretmek için: 1. Preform sıcaklığı 2. Matriks sıcaklığı 3. Uygulanan basınç 4. Zaman periyordu 5. Kalıp ön ısıtma sıcaklığı 6. Matriksin erime sıcaklığı şartlarının optimize edilmesi gerekmektedir. Bu metodda büyük boyutlu parçalarda daha yüksek basınç gerekmektedir İnfiltrasyon hızı ve parçacıklar arası boşluk da prosesin başarısını belirleyen faktörlerdir.

27 3-Basınçlı infiltrasyon Bu yöntemin sıkıştırma dökümünden farkı, sıvının preform veya yatak içerisinde bir zımba ile değilde basınçlı soygaz ile iletilmesidir. Basınçlı infiltrasyon tekniğinin şematik görünümü

28 Bu işlemde proses değişkenleri: Kalıp ön ısıtma sıcaklığı İnfiltrasyon basıncı Sıkıştırılmış takviye yoğunluğu Takviye parçacık boyutu İnfiltrasyon hızı Sıvı metal sıcaklığı gösterilebilir.

29 4-SIVI METAL KARIŞTIRMASI Bu metod kılcal kristalli ve kırpılmış elyaf takviyeli kompozitlerin üretiminde kullanılmaktadır, En uygun ve en ucuz olan metoddur Bu işlem karıştırma, kalıplama ve kurutma basamaklarından oluşmaktadır, Karıştırma ocağı İndüksiyon fırını/ocağı (50 kw, 3000 Hz) Suyla soğutulan vakumlu mekanik pompa Karıştırıcı dan oluşmaktadır.

30 Presleme ile preform işlem basamaklarının şematik görünümü Sisteme yerleştirilen metal alaşımı, erime sıcaklığı üzerinde ısıtılarak, sıcaklığı homojenleştirmek için karıştırma yapılır, İndüksiyon gücü kademeli olarak %40-50 katı oluncaya kadar düşürülerek çamur halinde iken bu karışıma seramik partiküller ilave edilir. Bu sırada sıcaklık bir miktar yükseltilir.

31 Pervane yukarıdan çıkartılır, yarı haldeki erimiş metal alaşım dipten dişi kalıp içerisine transfer edilir; üst kızak ile basınç uygulayarak kompozit malzeme katılaştırılır, Bu tekniğin avantajları: Klasik döküm işlemleriyle daha düşük sıcaklıkta gerçekleştirilir. Islanmayan malzemelerin karıştırma hareketi ile ıslanabilirliliği artar, Yarı katı durumda daha düşük basınçla, kusursuz parçalar üretilebilmekte; katı alaşım partiküllerinin varlığıyla çökelti, yığılma ve yüzme önlenebilmektedir, Büyük boyutlu çubuklar üretilebilmektedir. Bu tekniğin dezavantajları: Elyaflar arasında kalan boşluklar tamamen yok edilememekte, Çamur halinde iken elyafların birbirine teması sonucunda üretilecek olan malzemenin özellikleri olumsuz olarak etkilenebilmekte, Mekanik karıştırma sırasında seramik parçacıkların topaklanması veya çökelmesi Aşırı arayüzey reaksiyonlarının oluşabilmesi Mekanik hareketlilik sırasında seramik parçacıkların kırılması Parçacıkların dağılımı

32 Bu yöntem aracılığı ile belirli bir kompozit hazırlama ünitesi için: Karıştırıcının hızı ve karıştırıcının uç boyutları Karıştırıcı ucun sıvı içerisindeki konumu Takviye fazının boyutu ve takviye hacim oranı Sıvıyı karıştırma süresi Sıvı alaşımının bileşimi ve sıcaklığı gibi değişkenler sisteme etki etmektedir. Tüm bu faktörler alaşım ve takviye elemanı sistemine göre değişiklik göstermektedir. Döküm karıştırma işleminin şematik görünümü

33 5- Hızlı Katılaştırma Yöntemi Basınç altında suyla soğutulan bakır disk üzerine sıvı jeti halinde kompozit sıvı karışımı verilir, m kalınlığında, 6-8 m uzunluğunda, m genişliğinde tozlar elde edilir, Bunlar bir araya getirilerek toplanır ve değişik işlemlere tabi tutulur, Burada iki önemli parametre bulunmaktadır: Bakır diskin soğuma hızı Disk üzerine verilen malzeme miktarı Eğer disk çok hızlı dönecek olursa, sıvı, toz üretmek için yeterli süre diskle temas etmeyecektir, Çok yavaş dönmesi durumunda da kalın tozlar elde edilecektir

34 Hızlı katılaştırma prosesi ile kompozit üretim yöntemi nin şematik görünümü

35 6-Yarı katı karıştırma Bu yöntem; katı ile sıvı arasındaki sıcaklığa sahip yarı-katı karıştırmak suretiyle yapılan takviye ilave tekniğidir, Alaşım sıcaklığı, sıvı sıcaklığının C üzerine çıkarılıp şiddetli şekilde karıştırılarak yarı-katı aralığa kadar soğumaya bırakılır, Karıştırma devam ederken takviye ilavesi gerçekleştirilir, Düşük vizkositeye sahip karışım doğrudan basit kütük şeklinde dökülebilir

36 7- Plazma püskürtme Bu metod ilk defa Silisyumkarbür parçacıklı kompozitleri üretmek için uygulanmıştır, Bu metod aluminyum gibi ergime noktası nispeten düşük olan metallere uygulanmalıdır, Son parçanın şekli: atomize etme şartına, toplayıcı hareketine ve şekline bağlıdır, Püskürtülecek alaşım, indüksiyon fırınında eritilir ve potaya basınç uygulanır, Erimiş alaşım püskürtülürken, aynı zamanda parçacıklı elyaflar atomoize edilmiş sıvı içerisine enjekte edilerek önceden ısıtılmış alt katman üzerine çökertilir

37 Bu metodun avantajları: 1. Erimiş metal zerrecikleri ile elyaf arasında temas zamanı çok kısadır 2. Katılaşma oranı oldukça hızlı gerçekleştiğinden düzgün mikro yapı elde edilebilmektedir. Ayrıca parçacıklar arası mesafe kontrol edilebilmekte ve parçacıklar daha kolay yönlendirilmektedir Bu metoda aynı zamanda osprey metodu da denmektedir

38 Plazma püskürtme aygıtının şematik görünümü

39 8. Toz metalurjisi Tekniği Toz halindeki metal ve seramikler bu teknik ile birleştirilebilir Takviye elemanı olarak: SiC, Grafit, nikel, titanyum ve molibdenyum Matrisk malzemesi olarak: metalik bakır, nikel, aluminyum, kobalt Bu metodda tozlar istenilen şekli oluşturmak için tasarlanan hacim oranında karıştırılıp kalıp içerisine konarak preslenir Presleme işlemi sıcak ya da soğuk yapılabilmektedir

40 Sıcak presleme ile ara yüzey bağı iyileştiği ve partikül kırılması azaldığı için daha iyi sonuçlar alınmaktadır Bu yöntem seramik parçacıkların sıvı metal tarafından ıslatılmasında ki güçlük nedeniyle geliştirilmiştir Aşamaları:

41 9. Difüzyon Bağlama ve Vakumda Presleme Bu metodda birleştirme yüksek basınç ve sıcaklıkta yapılır Boron, silisyum, karbür, aluminyumoksit, karbon gibi tek filamentli elyaf ya da elyaf demetleri ile aluminyum ve titanyum gibi matriks malzemeleri tabakalar halinde kullanılarak takviyeli kompozit malzemeler üretilir Bu teknikte etkili yayılmayı sağlamak için metal matrikse ve elyaf takviye elemanına kimyasal işlem uygulanmaktadır Daha sonra elyaflar önceden belirlenen açılarda, şekillerde metal tabakalar üzerine dizilir

42 Daha sonra hazırlanan tabakalı malzeme metal bir kaba alınır,sızdırmazlık sağlanır ve vakuma alınır Sonra erime sıcaklığına yakın bir sıcaklığa ısıtılarak difüzyon ile birleştirmenin gerçekleşmesi için haddelenir. Bu işlemde metal levhalar ile elyaf yüzeylerinin çok temiz ve oksitsiz olması gerekir. Aksi halde ara yüzeyde kuvvetli bir bağ oluşmaz. Kompozitin dayanımı oluşacak bu bağa çok bağlıdır

43

44 10. Sıcak presleme ve sıcak izostatik presleme Bu işlem Al, Mg, Ti gibi metal matriksli kompozitleri üretmek için kullanılır Flamentler metal matriksten oluşan ince folyo tabakalar arasına yerleştirilir, kompoziti yerinde tutmak için bir bağlayıcı ile spreylenir ve sonra bağlayıcı yakılarak ayrılır Daha sonra kompozit bulunduğu kaptan çıkartılır, istenilen ölçüde kesilir, sıcak pres kalıp içine istiflenir

45 İstiflenmiş kütle üzerine hafif basınç uygulanır, bağlanma basıncına ulaşıldığında gerekli zaman için tam bağ basıncı uygulanır, Basınç kaldırılır ve parça soğumaya bırakılır Şematik görünümü:

46 PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİT MALZEMELER

47 PLASTİK MATRİKSLİ KOMPOZİT MALZEME ÜRETİM TEKNİKLERİ Matriks malzemelerine göre Kullanılan Takviye Malzemeleri 1. Termoset reçineli 1) Cam fiberler 2. Termoplastik reçineli 2) Karbon fiberler olarak üretilmektedirler. 3) Aramid fiberler KULLANIM ALANLARI Otomotiv Sektörü Havacılık Sektörü Denizcilik Sektörü Diğer

48 TERMOSET MATRİSLER En çok kullanılan matris malzemeleridir. Sıvı halde bulunurlar, ısıtılarak ve kimyasal Tepkimelerle sertleşir ve sağlamlaşırlar. Termoset polimerlerin polimerizasyon süreci, termoplastiklerden farklı olarak geri dönüşü olmayan bir süreçtir. Yüksek sıcaklıklarda dahi yumuşamazlar. Termoset matris malzemelerin üretiminde kullanılan malzeme tipleri; epoksi, polyester, vinylester ve fenolikreçinelerdir.

49 TERMOPLASTİK MATRİKSLER Termoplastik polimerlerinin çeşitlerinin çok fazla olmasına rağmen matris olarak kullanılan polimerler sınırlıdır. Termoplastikler düşük sıcaklıklarda sert halde bulunurlar ısıtıldıklarında yumuşarlar. Termosetlere göre matris olarak kullanımları daha az olmakla birlikte üstün kırılma tokluğu, hammaddenin raf ömrünün uzun olması, geri dönüşüm kapasitesi ve sertleşme prosesi için organik çözücülere ihtiyaç duyulmamasından dolayı güvenli çalışma ortamı sağlaması gibi avantajları bulunmaktadır. Bunun yanı sıra şekil verilen termoplastik parça işlem sonrası ısıtılarak yeniden şekillendirilebilir. Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastik soğutucu içinde bekletilmeden depolanabilir. Termoplastikler yüksek sertlik ve çarpma dayanımı özelliğine de sahiptirler.

50 Termoplastiklerin kompozit malzemelerde matris olarak tercih edilmemelerinin başlıca nedeni üretimindeki zorlukların yanı sıra yüksek maliyetidir. Oda sıcaklığında düşük işleme kalitesi sağlarlar, bu onların üretimde zaman kaybına yol açmasına neden olur. Termoplastik, reçineler malzemenin çekme ve eğilme dayanımlarının artırılması için kullanılırlar. Bazı termoplastikleri istenilen şekillere sokabilmek için çözücülere ihtiyaç duyulabilir. Termo plastikler, termosetlere kıyasla hammaddesi daha pahalıdır. Başlangıçta amorf yapılı reçinelerden polietersulfon (PES) ve polieterimid (PEI) matris olarak kullanılmaktaydı. Sonraki dönemde ise havacılık sektörü uygulamaları için çözücülere karşı dayanım önemli bir kriter olarak ortaya çıkmıştır. Bu ihtiyaç sonrasında Polietereterketon (PEEK) and Polifenilen sulfid (PPS) gibi yarı-kristal yapılı plastik malzemeler geliştirilmiştir.

51 Otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan termoplastikler uçak sanayisinde de yüksek performanslı malzeme çözümlerinde kullanılmaktadırlar. Çoğunlukla enjeksiyon ve ekstrüzyon kalıplama yöntemleri ile üretilen termoplastiklerin üretiminde GMT (Glass Mat Reinforced Thermoplastics / Preslenebilir Takviyeli Termoplastik) olarak ta üretilmektedir. Bu yöntemle hazırlanan takviyeli termoplastikler soğuk plakaların preslenebilmesi ve geri dönüşüm sürecine uygunluğundan dolayı özellikle otomotiv sektöründe tercih edilmektedir

52 CAM ELYAFLAR Cam elyaflar, sıradan bir şişe camından yüksek saflıktaki kuvarts camına kadar pek çok tipte imal edilirler. Cam amorf bir malzemedir. Üç boyutlu moleküler yapıda, bir silisyum atomu dört oksijen atomu ile çevrilmiştir. Silisyum metalik olmayan hafif bir malzemedir, doğada genellikle oksijenle birlikte silis (Si02) şeklinde bulunur. Cam eldesi için silis kumu, katkı malzemeleri ile birlikte kuru halde iken 1260 ºC civarına ısıtılır ve soğumaya bırakıldığında sert bir yapı elde edilir. Cam elyaf silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda gibi cam üretim maddelerinden üretilmektedir. Cam elyaf, elyaf takviyeli kompozitler arasında en bilinen ve kullanılanıdır.

53 Cam elyafın bazı özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir Yüksek çekme mukavemetine sahiptirler, birim ağırlık başına mukavemeti çeliğinkinden daha yüksektir. Isıl dirençleri düşüktür. Yanmazlar, ancak yüksek sıcaklıkta yumuşarlar. Bu özellikleri katkı malzemeleri kullanılarak iyileştirilebilir. Kimyasal malzemelere karşı dirençlidirler. Nem absorbe etme özellikleri yoktur, ancak cam elyaflı kompozitlerde matris ile cam elyaf arasında nemin etkisi ile bir çözülme olabilir.özel elyaf kaplama işlemleri ile bu etki ortadan kaldırılabilir. Elektriği iletmezler. Bu özellik sayesinde elektriksel yalıtımın önem kazandığı durumlarda cam elyaflı kompozitlerin kullanılmasına imkan tanırlar. Cam elyaf imalinde silis kumuna çeşitli katkı malzemeleri eklendiğinde yapı bu malzemelerin etkisi ile farklı özellikler kazanır.

54 KARBON ELYAFLAR Karbon lifi ilk defa karbonun çok iyi bir elektrik iletkeni olduğu bilinmesinden dolayı üretilmiştir. Cam fiberin metale göre Sertliğinin çok düşük olmasından dolayı sertliğin 3 5 kat artırılması çok belirgin bir amaçtır. Karbon fiber, epoksi matriksler ile birleştirildiğinde olağanüstü dayanıklılık ve sertlik özellikleri gösterir. Karbon fiberin üretimi çok pahalı olduğu için ancak uçak sanayinde, spor Gereçlerinde veya tıbbi malzemelerin yüksek değerli uygulamalarında kullanılmaktadır

55 ARAMİD 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 yarısı kadardır. Bu nedenle kolay şekil verilebilir. Doğal kimyasallara dirençlidir ancak asit ve alkalilerden etkilenir.

56 Farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için birçok farklı özelliklerde aramid fiberi üretilmektedir. Önemli Özellikleri; Genellikle rengi sarıdır Düşük yoğunlukludur. Yüksek dayanıklılık Yüksek darbe dayanımı Yüksek aşınma dayanımı Yüksek yorulma dayanımı Yüksek kimyasal dayanımı Kevlar fiberli kompozitler Cam fiberli kompozitlere göre 35% daha hafiftir

57 Aramid fiberlerin dezavantajları: 1- Bazı tür aramid fiberi ultraviole ışınlara maruz kaldığında bozulma göstermektedir. Sürekli karanlıkta saklanmaları gerekmektedir. 2- Fiberler çok iyi birleşmeyebilirler. Bu durumda reçinede mikroskobik çatlaklar oluşabilir. Bu çatlaklar malzeme yorulduğunda su emişine yol açmaktadır. Genellikle plastik matriksler için takviye elemanı olarak kullanılan aramid fiberinin bazı kullanım alanları Balistik koruma uygulamaları; Askeri kasklar, kurşungeçirmez yelekler... Koruyucu giysiler; eldiven, motosiklet koruma giysileri, avcılık giysi ve aksesuarları Yelkenliler ve yatlar için yelken direği Hava araçları gövde parçaları Tekne gövdesi Endüstri ve otomotiv uygulamaları için kemer ve hortum Fiber optik ve elektromekanik kablolar Debriyajlarda bulunan sürtünme balatalarında ve fren kampanalarında Yüksek ısi ve basınçlarda kullanılan conta, salmastra vb.

58 ÜRETİM YÖNTEMLERİ AÇIK KALIPLAMA YÖNTEMLERİ El Yatırma Yöntemi Püskürtme Yöntemi Elyaf Sarma Yöntemi Vakum Torbası Yöntemi Otoklav Yöntemi KAPALI KALIPLAMA YÖNTEMLERİ Reçine Transfer Yöntemi (RTM) Pultruzyon Yöntemi Ekstrüzyonla Kalıplama Yöntemi Hazır Kalıplama Yöntemleri BMC SMC Enjeksiyonla Kalıplama Yöntemi Savurma Kalıplama Yöntemi

59 El Yatırma Yöntemi: El yatırma, cam fiber takviyeli plastiklerin üretiminde kullanılan en eski ve en basit tekniklerden biridir. Keçe, örgü, kumaş formundaki takviyeleri açık bir kalıba yatırıp yüzeylerine reçine emdirme edilir.

60 Püskürtme Yöntemi: Elyaf, püskürtme metodunda, sürekli beslenen fitil kesici bıçaklardan geçerek kırpıldıktan sonra katalize edilmiş, reçine ile beraber jelkot uygulanmış kalıp yüzeyine Püskürtülür ve oda sıcaklığında sertleşmeye bırakılır. Jelkot, kompozit malzemelerin özellikle cam elyaf takviyeleli plastiklerin (CTP), en üst katmanında yer alan ve yüzey görünüm kalitesini artırmanın yanında, ürünün dış ortam performansını sağlayan malzemedir. Genel olarak jelkotlar, epoksi veya doymamış poliester reçinesi esaslıdır.

61 Elyaf Sarma Yöntemi: Sürekli elyafın bir bağlayıcı ortamından geçirildikten sonra, dönel mandrelle, önceden belirlenmiş sarım geometrisine uygun sarılması yöntemine elyaf sarma adı verilmektedir.

62 Vakum Torbası Yöntemi: Vakumlu torba kalıplaması elle kalıplamanın gelişmiş bir şeklidir. Büyük karmaşık şekilli parçaların bu teknikle üretilmesi mümkündür. Otoklav Yöntemi: Otoklav, kesin basıncın, ısının ve emişin kontrol edilebildiği basınçlı bir kaptır. Fırın yerine bir otoklav kullanılır. Böylece özel amaçlar için yüksek kalitede kompozit üretebilmek için kür şartları tam olarak kontrol edilebilir. Bu yöntem diğerlerine oranla daha uzun sürede uygulanır ve daha pahalıdır.

63 RTM (Reçine Transferli Kalıplama) Yöntemi: İki tarafı düzgün veya parlak ürün elde etmek için uygun bir biçimde hazırlanmış olan alt kalıba (dişi kalıp) öngörülen tüm takviye malzemelerinin yerleştirilip üst kalıp (erkek kalıp) kapatıldıktan sonra, kapalı kalıbın içine uygun bir makine/ekipman ile reçinenin enjekte edilmesi işlemidir.

64 Pultruzyon Yöntemi: Pultruzyon işlemi sürekli sabit kesitli kompozit profil ürünlerin üretilebildiği düşük maliyetli seri üretim yöntemidir. Pull ve Extrusion kelimelerinden türetilmiştir. Sisteme beslenen sürekli takviye malzemesi reçine banyosundan geçirildikten sonra ºC ye ısıtılmış şekillendirme kalıbından geçirilerek sertleşmesi sağlanır.

65 Ekstrüzyon Yöntemi: Ekstrüzyon tekniği termoplastiklerin şekillendirilmesinde büyük ölçüde kullanılmakla beraber takviyeli termoplastiklerde sınırlı oranda uygulanmaktadır. Sürekli bir yöntem olup tonajı yüksek olduğu zaman ekonomiktir. Tüp, boru veya karmaşık şekilli profillerin üretimi mümkündür.

66 Basınçlı Kalıplama (Compression Molding,SMC,BMC)Yöntemi: Ürün boyutuna göre 3-6 dakikalık bir kalıplama süresi sağlayan hızlı, seri bir kalıplama metodudur. Önceden hazırlanmış, pestil veya hamur haldeki cam elyafı polyester dolgu ve katkı malzemeleri karışımının C sıcaklıkta, kgf/cm2 basınç altında çelik kalıplarda şekillendirilmesi metodudur.

67 SMC/BMC YÖNTEMİ - HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG (SMC,BMC) Hazır kalıplama bünyesinde cam elyafı, reçine, katkı ve dolgu malzemeleri içeren kalıplamaya hazır, hazır kalıplama bileşimleri olarak adlandırılan kompozit malzemelerin (SMC,BMC) sıcak pres kalıplarla ürüne dönüştürülmesidir. Karmaşık şekillerin üretilebilmesi, metal parçaların bünye içine gömülebilmesi, farklı cidar kalınlıkları gibi avantajları bulunmaktadır. Ayrıca ürünün iki yüzü de kalıp ile şekillenmektedir. Diğer kompozit malzeme üretim tekniklerinin olanak vermediği delik gibi komplike şekiller elde edilebilmektedir. Iskarta oranı düşüktür. Bu yöntemin dezavantajları kalıplama bileşimlerinin buzdolaplarında saklanmaları gerekliliği, kalıpların metal olmasından dolayı diğer kalıplardan daha maliyetli olması ve büyük parçaların üretimi için büyük ve pahalı preslere ihtiyaç olmasıdır.

68

69

70

71

72 Enjeksiyon Yöntemi: Fiber takviyeli termoplastiklerin, imalatında tercih edilen bir yöntemdir. Her bir kalıplama periyodunda birkaç gramdan on kilograma kadar değişen aralıklarda parçaları kalıplayabilecek kapasitede enjeksiyon makinalarının kullanılması mümkündür. Enjeksiyon makinalarına beslenen kalıplama bileşikleri, boyları 3-6 m arasında değişen granüller halinde ön karışımlardır. Enjeksiyonla kalıplama tekniğinde genellikle palet şeklindeki ön karışımlar kullanılır.

73 Santrifüj Yöntemi (Savurma Yöntemi): Silindirik parçaların üretimi için uygun bir yöntemdir. Kırpılmış elyaf ve sertleştirici katılmış reçine, silindirik bir kabın içine doldurulur ve döndürülen kabın cidarlarına merkezkaç kuvvetler yardımıyla dağılan kompozit malzeme sıcak hava ile sertleştirilir. Boru, depo ve silindirik ürünlerin yapımında kullanılır.

74 KOMPOZİT MALZEMELERİN KULLANILDIĞI ALANLARA ÖRNEKLER

75 Denizcilik Sanayi Yelkenli Gövdesi; CTP, Balsa ve polimer köpük üstüne cam, aramid karbon dokumalari ile kaplanmasi Yat, Tekne Arkasi PlatformBasamaklar; CTP Yelken Diregi; Kevlar+Epoksi

76 Korozyona Dayanikli Ürünler Su tanki; CTP Mazgal Oluklari; CTP Yeralti Borulari; Marketlerde Dondurulmus Gida Reyonu Kaplamasi; CTP Rasathane Kubbesi; CTP Açik Saha Dolaplari: CTP Çit; CTP Ilan Panolari; CTP Saglik Tekerlekli sandalye; Cam veya Karbon Elyaf takviyeli Polyester Tibbi Tetkik Cihazlari Dis Muhafazalari; CTP Otomotiv Cam Silecegi; %30 Cam+PBT Fitre Kutusu; Mercedes, %35 Cam+Poliamid Pedallar; %40 Cam+Poliamid 6 Dikiz Aynasi; %30 Cam+ABS Far Gövdesi; BMW, %30 Cam+PBT Hava Giris Manifoldu; BMW, Ford, Mercedes, Otomobil Gösterge Paneli; GMT Otomobil Spoiler; CTP Otomobil Yan Gövde Iskeleti; Ford, CTP Otomobil kaporta; Corvette, SMC CTP Ulasim Traktör Kaporta Kabin Oturma Birimi; SMC Toplu Tasima Araçlari Oturma Birimi; SMC Konteyner Tabani; GMT Otobüs Havalandirma Kanallari Port Bagaj Parçalari Gösterge Paneli; CTP Açik Alan Servis (Golf Arabasi) araçlari kaporta, tavan; CTP Teleferik; CTP, Maçka teleferigi Spor Sörf Tahtalari:; CTP Bisiklet; (Karbon+Poliamid 6), yaklasik 1kg agirliginda Reebook Spor Ayakkabi; termoplastik poliüretan, petek (honeycomb) Golf Sopasi; Karbon Fiber+Epoksi Tenis Raketi; Aramid (Kevlar)+Epoksi Zipkin Gövdesi; Karbon Fiber+Epoksi

77 Karbon fiber katkılı Mg matrisli kompozit uydu destek parçaları SiC partikül takviyeli Al metal matrisli kompozit silindir gömleği Uzay mekiği gövdesinde kullanılan bor fiber takviyeli alüminyum tüpler

78 F-16 uçağı gövdesinde partikül takviyeli MMK malzeme kullanımı Partikül takviyeli MMK kompozit fren elemanları

79 Alümina kısa fiber takviyeli alüminyum kompozit piston SiC partikül takviyeli Al kompozit biyel kolu