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 sahip malzemelere Kompozit Malzeme denir.
KOMPOZİT MALZEMELERİN KULLANIM ALANLARI Kompozit malzemeler günümüzde birçok alanda kullanılmaktadır. Ev aletleri Elektrik ve elektronik sanayi Havacılık sanayi Otomotiv sanayi İş makineleri Tarım sektörü İnşaat sektörü Taşımacılık sektörü Şehir Planlama Mobilya sanayi
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.
Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması a) Matrise Göre Polimer Matris Kompozitler [Polymer Matrix Composites (PMC) veya Fiber 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
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
KOMPOZİT MALZEMELER AVANTAJLARI: Yüksek mukavemet Kolay şekillendirilme Elektriksel özellik Yüksek ısı dayanımı Titreşim sönümlendirme Korozyona karsı mukavemet Kimyasal etkilere karsı mukavemet Ekonomiklik Estetik görünüm Hafiflik-ağırlık DEZAVANTAJLARI Yapılarındaki hava zerrecikleri yorulma özelliklerini olumsuz etkiler, Yükün değişik yönlerde uygulanması sonucu değişik özellikler gösterirler, Tasarımları parametreler iyi tanımlanamazsa kompozitte yüksek verimliliğe ulaşılamaz. Daha yüksek maliyet İşleme güçlükleri Geri dönüşümün genellikle olmayışı
KOMPOZİT TÜRLERİ Yapısal bileşenlerin şekline göre; Fiberli kompozitler, Levhasal kompozitler, Partikül kompozitler, Doldurulmuş (veya iskelet) kompozitler, Tabakalı kompozitler, Kullanılan matris malzemesine göre; Polimer matrisli, Seramik matrisli, Metal matrisli kompozitler.
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 için birbirine bağlanması, yükün elyaf arasında dağılmasını ve elyafın kimyasal etkilerden ve atmosfer şartlarından korunmasını sağlar.
Bir Kompozit Ürünün Özelliklerini Belirleyen Unsurlar Takviye elemanının (fiber) özellikleri Matris malzemenin özellikleri Fiber-matris ara yüzeyindeki yapışma kabiliyeti Fiber/matris oranı (Hacimsel Yoğunluk, Fiber Volume Fraction) Takviye elemanının geometrisi ve matris içindeki yönlenmesi (oryantasyonu)
Başlıca Takviye elemanları (elyaf halinde): Cam Karbon Boron Alüminyum oksit Silisyum karbür Organik moleküller (aramidler)..
Başlıca Takviye elemanları (elyaf halinde): 1.Doğal elyaflar (artık yerlerini sentetik elyaflara bırakmışlardır) 2.Sentetik organik elyaflar; Naylon, aramid (düşük yoğunluklu ve güçlüelyaflardır) 3.Sentetik inorganik elyaflar ; Cam,karbon boron vb.
Bir kompozit yapıda takviye malzemesinin temel fonksiyonları: Yük taşımak. Kompozit bir yapıda yük % 70-90 oranında takviye malzemesi tarafından taşınır. Direngenlik, mukavemet, termal stabilite sağlamak. Kullanılan takviyeye (fiber) bağlı olarak elektrik iletkenliği veya yalıtımı sağlamak.
Bir kompozit yapıda matris malzemesinin temel fonksiyonları: Matris fiberleri bir arada tutarak fiberlere yük aktarımında köprü görevi görür. Yapıya rijitlik ve şekil verir. Matris fiberleri birbirinden izole eder. Böylece fiberler birbirlerinden bir yönü ile bağımsız davranırlar. Matris iyi yüzey kalitesi sağlar. Matris, aşınma gibi mekanik hasarlara ve çeşitli kimyasal etkilere karşı fiberleri korur. Seçilen matris malzemenin özelliklerine bağlı olarak, kompozitin süneklik, darbe direnci gibi performans karakteristikleri de etkilenir.
MATRİS MALZEMELER (REÇİNELER) Kompozit malzeme üretiminde kullanılan bir reçineden beklenen özellikler: 1. 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.
METAL MATRİSLER Hafif metaller, kompozitler için matriks malzemesi olarak çok cazip olmaktadır. Bunlar plastiklerden daha yüksek elastik modül, dayanım ve tokluğa sahip olup yüksek sıcaklıklarda özellikleri de daha iyidir. Ancak metal matriksli kompozit üretimi daha zordur. Bunlar her elyafla iyi ara yüzey bağı oluşturmazlar. MMK'lerde çok yaygın olarak kullanılan matris malzemesi, düşük yoğunluklu, iyi tokluk ve mekanik özelliklere sahip olan hafif metaller ve alaşımlarıdır. Bu nedenle hafif yapı konstrüksiyonlarda tercih edilirler. Atmosfere karşı korozyon dayanımının da çok yüksek olması diğer karakteristik özelliklerinden biridir.
PLASTİK MATRİSLER Plastikler, monomer denilen kimyasal ünitelerden meydana gelen zincir şeklinde bir yapıya sahip sentetik malzemelerdir. Plastiklerin yapısı amorf şeklinde olup uzun ve karışık yapılı zincirlerin komşuları ile uyum sağlayıp düzenli yapı oluşturmaları çok zordur. Bir lineer polimerin yapısı pişmiş makarnayı andırır, zincirleri birbiri ile dolaşmış halde bulunur. Kristalleşme imkanı soğuma hızı yavaş olursa artar. Mekanik özellikler kristalleşme derecesi ile artar. Plastikler hafif olması ve kolay işlenebilmelerinden dolayı geniş bir uygulama alanına sahiptir.
SERAMİK MATRİSLER Seramikler, metal ve metal olmayan elemanlardan meydana gelen inorganik bileşikler olup doğada kayaların dış etkilere karşı parçalanması sonucu oluşan kaolen, kil vb. maddelerin yüksek sıcaklıkta pişirilmesi ile elde edilen malzemelerdir. Seramikler, farklı şekilde silikatlar, aluminatlar ile birlikte metal oksitlerinden oluşurlar. Bu nedenle de çok sert, gevrek ve yüksek sıcaklığa dayanıklıdırlar. Seramik malzemeler endüstriyel fırınlar tuğla, betondan elektronik ve optik araçlarda kullanılan yeni malzemelere kadar geniş bir alanı kapsarlar. Camlar kimyasal olarak çok taraflı fakat cam geçiş sıcaklığından geçerken dayanımını kaybederler ancak bunlar da kırılgandır.
Üretim Yöntemleri 1) EL YATIRMASI METODU 2) PÜSKÜRTME METODU 3) REÇİNE ENJEKSİYON METODU 4) SMC/BMC HAZIR KALIPLAMA BİLEŞİMLERİ 5) ELYAF SARMA METODU 6) SAVURMA DÖKÜM METODU 7) PROFİL ÇEKME METODU ( PULTRUZYON ) 8) DEVAMLI LEVHA ÜRETİM METODU 9) TERMOPLASTİK ENJEKSİYON / EKSTRÜZYON METODU 10) PRESLENEBİLİR TAKVİYELİ TERMOPLASTİK (GMT) METODU 11) LFT (LONG FİBER THERMOPLASTİCS UZUN ELYAF TAKVİYELİ TERMOPLASTİKLER )
1) EL YATIRMASI METODU Geniş yüzeyli CTP kalıplaması için en çok kullanılan metoddur. Kalıp ayırıcı uygulandıktan sonra jelkot uygulanır. Jelkot tabakasının sertleşmesinden sonra cam elyafı ve polyester fırça veya yün rulo ile uygulanır Emek-yoğun bir üretim metodu olduğundan kapasite, emek ve kalıp adedine bağlıdır. Bir kalıptan günde ortalama 2 ürün alınabilir
2) PÜSKÜRTME METODU El yatırması metodunun daha seri olarak uygulanmasını sağlayan bir kalıplama metodudur. Üretim sırasında kalıp üzerine polyester ve cam elyafı özel bir makine yardımı ile püskürtülür. Püskürtme metodunda devamlı cam elyafından fitil, püskürtme işlemi sırasında 17-50 mm uzunluğunda kırpılarak kullanılır. Geniş yüzeyli ürünlerde seri üretim olanağı ve işcilikten tasarruf sağlar.
3) REÇİNE ENJEKSİYON METODU Bu üretim metodunda dişi ve erkek olmak üzere iki kalıp kullanılarak iki yüzü düzgün ürün elde edilir. Reçine enjeksiyonu için üretilmiş olan özel cam keçe (devamlı keçe) kalıp üzerine yerleştirilir ve kalıplar kapatılır. Önceden hazırlanmış olan bir reçine enjeksiyon noktasından, basınç altında polyester, kalıp içine enjekte edilir. Reçine enjeksiyonu metodu ile daha seri ve ekonomik olarak el yatırmasına oranla daha kaliteli ürün elde edilir.
4) SMC/BMC HAZIR KALIPLAMA BİLEŞİMLERİ 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 150-170 C sıcaklıkta, 50-120 kgf/cm2 basınç altında çelik kalıplarda şekillendirilmesi metodudur
5) ELYAF SARMA METODU Özellikle boru ve tank üretimi için kullanılan kalıplama metodudur. Devamlı cam elyafından fitillerin polyester banyosundan ıslatıldıktan sonra dönen bir kalıp üzerine belirli açılarda sarılması şeklindedir.
6) SAVURMA DÖKÜM METODU Boru, depo, direk gibi silindirik ürünlerin yapımında kullanılır. Döner bir kalıp içine cam elyafı ve polyester birlikte püskürtülür. Kalıbın dönmesinden meydana gelen merkezkaç kuvvet, laminatın kalıp yüzeyine yapışmasını ve her iki yüzü düzgün ürün elde edilmesini sağlar.
7) PROFİL ÇEKME METODU ( PULTRUZYON ) Devamlı cam elyafından fitillerin polyester banyosundan geçirildikten sonra istenilen profilde bir sıcak kalıp içinden çekilirken sertleştirilmesi prensibine dayanır. Elyaf takviyesi yönünde çok dayanıklı ve cam elyafı oranı çok yüksek profil ürünler elde edilir.
TEŞEKKÜRLER