TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 ISSN:34-44 Makie Tekolojileri Elektroik Dergisi 7 () 35-4 TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR Makale Polivili Klorür (Pvc) Malzemeleri Sıcaklığa Bağlı Titreşim Özelliklerii Đcelemesi Đsmail UCUN, Mehmet ÇOLAKOĞLU, Süleyma TAŞGETĐREN Afyo Kocatepe Üiversitesi, Tekik Eğitim Fakültesi, AFYONKARAHĐSAR Özet Polivili klorür (PVC) malzemeler farklı iklim koşullarıda değişik sıcaklıklara maruz kalırlar. Bu farklı sıcaklıklar, plastik malzemei mekaik özellikleri öemli ölçüde etkiler. Sıcaklık değişimii büyümesiyle plastik malzemede öemli deformasyolar görülmektedir. Plastik malzemeler çok çeşitli olduğu içi deformasyo durumları farklı olmaktadır. Bu çalışmada, Polivili klorür (PVC) profillerde sıcaklığa bağlı elastikiyet modüldeki değişim tahribatsız bir yötemle icelemiştir. Tahribatsız muayee olarak titreşim yötemi kullaılmıştır. Farklı sıcaklıklardaki malzemeleri doğal frekas ve söümleme değerleri deeysel olarak elde edilmiştir. Elde edile bu değerlere bağlı olarak elastik modül hesaplamıştır. Ayrıca, elde edile doğal frekas ve söümleme sabitleri ile plastik malzemei diamik tepkisi icelemiştir. Aahtar Kelimeler: PVC, Titreşim, Doğal Frekas, Söüm, Tahribatsız Muayee. Giriş PVC malzemeleri, otomotiv, kostrüksiyo gibi değişik edüstriyel alalarda geişçe kullaılmaktadır. Ayrıca, maliyetii düşük ve çok yölü olmasıyla medikal alalarda öemli kullaım alalarıa sahiptir []. PVC malzemeler düşük kristalli polimerlerdir ve büyük miktardaki çözeltiler altıda katılaşırlar []. PVC malzemesii kullaarak değişik kompozit bileşikler üretilebilmektedir [3,4]. Bu malzemeler statik ve diamik zorlamalara maruz kalabilmektedir. PVC i kullaıla ortamdaki iklim çeşidie göre büyük sıcaklık farkları görülebilmektedir. Çok büyük sıcaklık farkları malzemede kalıcı deformasyoa sebep olabildiği gibi mekaik özelliklerii değişmesie de sebep olabilmektedir. Nayak vd.[5], kabuk ve PVC köpüklü malzeme takviyeli cam fiber polyester malzemesi içi titreşim aalizi ile doğal frekaslar belirlemiştir. Çalışmada, geellikle izotropik, ortotropik ve aizotropik kompozitler ile tabakalı plakalar içi solu elemalar formülü ele alımıştır. Doğal frekaslar polyester malzeme türü, tabaka sayısı, açıları, uzuluk ve kalılık oralarıa bağlı olarak değerledirilmiştir. Bu parametreleri buluması ile tabakalı kompozit plaka tasarımcılarıa öemli yararlar suulması düşüülebilir. Merah vd. [6] boru bağlatılarda kullaıla CPVC malzemelerde - ile 7 C sıcaklıklar arasıda meydaa gele mekaik değişimleri deeysel yötemle icelemişlerdir. Sıcaklığı artmasıyla akma mukavemeti ve elastik modül azalmıştır. Kırılma şekil değiştirmesi ise artmıştır. 3 C yukarısıdaki sıcaklıklarda süek kırılma, oda sıcaklığıı altıdaki sıcaklıklarda gevrek kırılma gözlemiştir. Beltra vd. [7] diamik kuvvetler altıda Fourier kızıl ötesi döüşüm spektrometresi kullaarak PVC malzemesii ayrışma sürecii araştırmışlardır. Çalışma boyuca farklı sıcaklıklar düşüülmüştür. 7 C de aşağı sıcaklıklarda klorür atomlarıı içie ala söümleme badıda kaymaları meydaa geldiği görülmüştür. Bu çalışmada, polivili klorür (PVC) plastik malzemeler de sıcaklığa bağlı elastik modüldeki değişim tahribatsız bir yötemle icelemiştir. Tahribatsız muayee olarak titreşim yötemi kullaılmıştır. Değişik sıcaklıklardaki profilleri doğal frekas ve söümleme değerleri deeysel olarak belirlemiş ve bu değerlere bağlı olarak elastik modül hesaplamıştır.

2 Tekolojik Araştırmalar: MTED 7 () 35-4 Polivili Klorür (Pvc) Malzemeleri Sıcaklığa Bağlı Titreşim. Materyal Ve Metot Çalışmada, deeysel ve aalitik modelleme ele alımıştır..8*.4*3.5 mm boyutlardaki PVC çubuk malzeme çalışma boyuca kullaılmıştır. Deeysel çalışmada, tek geometrik özellikleri kabul edilmesie rağme, değişik sıcaklıklar ele alımıştır. Deeyler de, 4, 8 (oda sıcaklığı), 4, -8 ve -3 C sıcaklıkları kullaılmıştır. Aalitik çözümde ise, elastik modülü bulua doğal frekasları yardımıyla hesaplamıştır. Deeyler boyuca kullaıla sıcaklık parametreleri aalitik çözümlerde kullaılmıştır. 3. Aalitik Çözüm Bir kiriş elemaı yaal (lateral) ve boyua (logitudial) olmak üzere iki farklı titreşim modua sahiptir. Bu titreşim modlarıı bulumasıda farklı aalitik yaklaşımlar kullaılır. Bir eşdeğer problemi taımlamasıda yaal titreşim modu içi Euler deklemi [8,9], ( ) ω W iv W = c şeklide ifade edebilir ve buradaki ω belirsiz bir sabittir. a a ( e + e ) cosh a= () a a ( e e ) sih a= (3) kx olduğuda geel çözümde W ( x) = e deklemi yerie koursa, W( x ) + = C coshkx+ C sihkx+ C3 coskx C4 sikx (4) ω olur. Burada k = ve C, C, C 3 ve C 4 belirsiz katsayılar olup bu değerler sıır şartları ile belirleebilir. Bir c kiriş elemaıı yaal (lateral) titreşimi içi homoje ola dört sıır şartı bulumaktadır. Deklem (4) de ifade edile geel çözümde C, C, C 3 ve C 4 içi cebirsel deklemleri çözümde dört homoje sıır koşulu uygulaabilir. Buda yola çıkarak kiriş elemaı içi sıır koşulları, y ( ) = y( l) = (5) () d y dx x= = d y dx x= = (6) ile ifade edilir. Eşitlik (4) e bu sıır şartlarıı yerie yazarsak, + C = (7) C 3 C cosh kl+ C sih kl + C3 cosh kl+ C4 sih kl = (8) C = (9) C 3 C k cosh kl+ Ck sih kl C k cosh kl C k si kl = () olur. Deklem (7), (8), (9) ve () u matris şeklide yazarsak, 36

3 Ucu Đ., Çolakoğlu M., Taşgetire S. Tekolojik Araştırmalar: MTED 7 () 35-4 coshkl coshkl sihkl sihkl coshkl coshkl C sihkl C C sihkl C 3 4 = () Burada kararlı bölgei dağılımı, sih kl = () olarak ifade edilir. Souç olarak bir kirişi doğal frekas değerleri yukarıdaki ifadei kl = π çözümüde veya π c ω = =,,3... (3) l değeride belirleebilir. k ω π = = içi, doğal modlar, c l πx x) = C si (4) l W i ( 4 ve çözüm ( = [( AC 4) cosω t+ 4 = y x, t) ( A C ) siπx siω t] l (5) ( A C4 ) ve ( A C4 ) şeklide buluur. Burada ifadeleri belirsiz sabitler olup sıır şartları ile belirleir. Bu çözümde bir kiriş elemaıı yaal (lateral) titreşimi içi doğal frekas deklemi, β EI = (6) l ρa ω ile ifade edilir. Yukarıdaki eşitlikte belirtile doğal frekas deklemideki β değerleri farklı sıır koşulları ve mod şekillerie göre değişmektedir ve bu değerler Tablo de verilmiştir. Ayı zamada bir kiriş elemaıda farklı sıır şartlarıdaki I. II. III. ve IV. mod şekilleri Tablo de gösterilmiştir [9]. Yukarıdaki deklem kullaılarak malzemeye ait elastik modül bulumuştur. Tablo. Farklı modlardaki β değerleri Kear koşulu Doğal Modlar β Serbest-serbest I.mod II.mod.4 III.mod 6.6 IV.mod.9 37

4 Tekolojik Araştırmalar: MTED 7 () 35-4 Polivili Klorür (Pvc) Malzemeleri Sıcaklığa Bağlı Titreşim Tablo. Serbest-serbest sıır koşuludaki titreşim modları serbest-serbest I.mod II.mod III.mod 4. Deeysel Yötem Malzemedeki üretim ve kristal hatalar baze malzemei bekleede farklı eğilme modlarıa sahip olmasıı sağlar. Böyle durumlarda e iyi yötem deeysel ölçümlerdir. Elastik modülü bilimediği malzemelerdeki doğal frekasları bulumasıda da yie deeysel yötem kullaılır ve yaklaşık olarak elastik modül bu yötemle hesaplaabilir. Malzemei titreşim özellikleri kullaıla malzeme ve sıır koşullarıa bağlı olarak değişmektedir. Bu çalışmada, PVC malzemesi içi serbest-serbest sıır koşullarıda ve değişik sıcaklıklarda doğal frekas ve söümleme oraı tespit edilmeye çalışılmıştır. Ölçümler de bir bilgisayar metodu kullaılmıştır. Deeysel ölçümlerde kullaıla cihaz şematik olarak Şekil de gösterilmiştir. Ölçümler sırasıda deey umuesii üzerie ivme ölçer bağlamıştır. Test umuesie dampig çekici ile hafifçe vurulmuş ve ivme ölçer yardımıyla titreşim siyali elektrik siyalie döüştürülerek ampermetreye aktarılmıştır. Ampermetrei düzelediği siyal ses kartı vasıtasıyla bilgisayara göderilmiştir. Bir bilgisayar programı yardımıyla zama-cevap siyali frekas-cevap siyalie döüştürülmüştür []. Bu sayede, umue içi değişik sıcaklıklara bağlı olarak doğal frekas ve söümleme oraları ölçülmüştür. trasducer amplifier computer Dampig çekici Şekil. Deeysel Seti Şematik Olarak Gösterimi 5. Souç Ve Tartışmalar Uygulaa deeysel yötem ile eğilme modlarıı bulumasıda frekas cevap eğrileri kullaılmıştır. Ayarlaa frekas aralığıda modlar grafikte pik şeklide görülmektedir. Şekil de oda sıcaklığıda elde edile (8 C) farklı frekaslardaki titreşim modları gösterilmiştir. 38

5 Ucu Đ., Çolakoğlu M., Taşgetire S. Tekolojik Araştırmalar: MTED 7 () 35-4 Şekil. Serbest-serbest kear koşuludaki titreşim modları Farklı sıcaklıklar kullaılarak yapıla deeylerde malzemei doğal frekası ve titreşim modları ölçülmüştür. Oda sıcaklığı hariç diğer sıcaklıklarda frekas cevap eğrileri düzgü oluşmadığı içi damper faktörü dikkate alımamıştır. Oda sıcaklığıda elde edile doğal frekas ve söümleme sabitleri Tablo 3 de gösterilmiştir. Serbest serbest sıır şartlarıda I.mod sıfır olduğuda II. III. ve IV. modlar dikkate alımıştır. Tablo 3. Oda sıcaklığıda (8 o C) elde edile titreşim parametreleri II. Mod III. Mod IV. Mod Doğal Frekas (Hz) Damper Faktörü.5.. Ölçümlerde sıcaklığı artmasıyla malzemei doğal frekas değerleri düşmüştür. Doğal frekaslardaki bu değişim bütü titreşim modlarıda meydaa gelmiştir. Oda sıcaklığıa göre (8 o C) II. III. ve IV. doğal frekas modlarıdaki sıcaklığa bağlı % değişim Şekil 3 de gösterilmiştir. Burada özellikle III. ve IV. modlardaki frekas değişimleri birbirie yakı çıkmıştır. Yüksek sıcaklıklarda malzemei atomlar arası bağları zayıfladığıda titreşim özelliklerie öemli etkisi olmaktadır. 39

6 Tekolojik Araştırmalar: MTED 7 () 35-4 Polivili Klorür (Pvc) Malzemeleri Sıcaklığa Bağlı Titreşim Frekastaki Değişim (%),4,3,, -, II. mod III. mod IV. mod R =,9993 R =,9989 R =,9998 -, Sıcaklık ( o C) Şekil 3. Farklı modlar içi sıcaklığa bağlı doğal frekas değişimi Malzemei (PVC) farklı sıcaklıklardaki elastik modülüü bulumasıda titreşim özellikleri dikkate alımıştır. Sıcaklığı düşmesiyle daha yüksek frekas değerleri elde edilmiştir. Malzemei sıcaklığa bağlı elastik modüldeki değişim şekil 4 de gösterilmiştir. Elastik modülüü hesaplamasıda doğal frekas değerlerie bağlı olarak aalitik çözümdeki deklem 6 da yararlaılmıştır. Elastik modül sıcaklığı artmasıyla düşmektedir. E büyük elastik modül sıcaklığı e düşük (-4 o C) olduğu durumda elde edilmiştir. Ayı zamada, farklı modlar kullaarak da elastik modül bulumuştur. Farklı modlarda bulua elastik modüller de Şekil 4 de görüldüğü gibi azda olsa farklılıklar göstermektedir. Bu durum farklı eğilme modlarıda kayakladığıı düşüebiliriz. Elastik Modül (MPa) II.mod III. mod IV. mod 6. Souç Sıcaklık ( o C) Şekil 4. Üç farklı titreşim moduu kullaarak hesaplaa sıcaklığa bağlı elastik modüldeki değişimi Değişik sıcaklıklarda yapıla deeysel ve aalitik çözümlerde malzemei titreşim özellikleri icelemiştir. Sıcaklığı düşmesi ile birlikte II. III. ve IV. modlar da elde edile doğal frekas değerleri büyümektedir. E büyük doğal frekas değeri sıcaklığı e düşük olduğu -3 o C de elde edilmiştir. Elde edile doğal frekas değerlerii kullaarak malzemei değişik sıcaklı durumlarıda elastik modülleri hesaplamıştır. Sıcaklığa bağlı elastikiyet modüllerii icelediğimizde sıcaklığı azalmasıyla artmaktadır. Doğal olarak sıcaklığı artması atomlar arası bağ kuvvetii zayıflattığıda dolayı elastik modül düşmektedir. Kayaklar. Balakrisha, B. & Kumar, D.S. & Yoshida, Y. & Jayakrisha, A. 5. Chemical modificatio of poly (vily chloride) resi usig poly (ethylee glycol) to improve blood compatibility. Biomaterials 6:

7 Ucu Đ., Çolakoğlu M., Taşgetire S. Tekolojik Araştırmalar: MTED 7 () Hog, P-D. & Che, J-H Network structure ad chai mobility of freze-dried polyvily chloride/dioxae gels. Polymer II 39: Chazeau, L. & Cavaille, J.Y. & Terech, P Mechaical behaviour above T g of a plasticised PVC reiforced with cellulose whiskers: A SANS structural study. Polymer 4: Tedero, P.M.R. & Jimeez, A. & Greco A. & Maffezzoli, A. 5. Viscoelastic ad thermal characterizatio of crossliked PVC. Europea Polymer Joural, Corrected proof: I press. 5. Nayak, A.K. & Moy, S.S.J. & Sheoi, R.A.. Free vibratio aalysis of composite sadwich plates based o Reddy s higher-order theory. Composites Part B: Egieerig 33: Merah, N. & Irfa-ul-Haq M. & Kha Z. 3. Temperature ad weld-lie effects o mechaical properties of CPVC. J. of materials processig techology 4: Beltra, M. & Marcilla A Fourier trasform ifrared spectroccopy applied to the study of PVC decompositio. Eur. Polymer J. : Dimarogoas, A., 995. Vibratio for Egieers. Prectice Hall New Jersey. 9. Ucu, Đ. & Çolakoğlu, M. 4. Değişik kesitli profil malzemelerdeki doğal titreşim frekaslarıı ölçülmesi ve hesaplaması. Tekoloji dergisi c 7( 3): Çolakoğlu, M. 3. Descriptio of Fatigue Damage Usig a Dampig Moitorig Techique. Turkish J. of Egieerig & Evirometal Scieces 7: