İLERİ YAPI MALZEMELERİ DERS-6 KOMPOZİTLER
Farklı malzemelerin üstün özelliklerini aynı malzemede toplamak amacıyla iki veya daha fazla ana malzeme grubuna ait malzemelerin bir araya getirilmesi ile elde edilen malzeme grubudur. Üç ana grupta toplanırlar; Yapay Kompozit malzemeler Doğal kompozit malzemeler Parçacık takviyeli kompozit malzemeler
Kompozit malzemeler iki bileşenden oluşur; Matris Takviye Kompozitler dayanımlarını genelde sert ve gevrek olan takviyeden alırlar. Matris ise takviyeleri bir arada tutma ve tokluk ve süneklik kazandırma görevi görür.
Matris Malzemeleri Polimer esaslı. Metal veya alaşım esaslı Seramik esaslı Takviye Malzemeleri Seramik: Oksitler,karbürler,silikatlar,nitrürler vs. Metal; Çelik, Titanyum, Bor, Polimer: Aramid, Naylon, vs.
Takviye Türleri(Fiziksel açıdan) Elyaf; Uzun,kısa,kırpık, keçe, dokuma, vs. Tel ve sakalcık; ince yüksek dayanımlı teller, sakalcıklar (whiskers) Parçacık; tozlar, partiküller, vs.
Yapay Kompozitler KOMPOZİTLER Elyaf Malzemeleri A-Cam (pencere camı) AR-Cam (Alkali dayanıklı) C-Cam (Kimyasal dayanıklı) E-Cam (Elektrik yalıtımı) S-Cam (Yüksek dayanım) Kevlar Grafit
Matris Malzemeleri Termoset: Epoksi (yüksek dayanım) Polyester (Genel amaçlı) Fenolik (Yüksek T, aşınma) Silikon (Elektrik izolasyon) Termoplastik Naylon 66 (yüksek süneklik) Polikarbonat (Yüksek tokluk) Polistrin (Yüksek süneklik)
Yapay Kompozitler Metal Matrisli Yapay Komp. B / Al Al2O3 / Al Al2O3 / Mg SiC / Al SiC / Al ThO2 / Ni Seramik Matrisli Yapay Komp. SiC / Al2O3 SiC / Li/Al-silikat Beton (Çakıl, kum, çimento) Cam / t-zro2 Al2O3 / t-zro2
XPolimer Matris En çok kullanılan takviye elemanı Camdır. Diğer takviye elemanları Kevlar (Aramid) / Epoksi Kevlar / Polyester Grafit / Epoksi Grafit / Polyester Grafit / PE Grafit / PS
Metal elyaf takviyelerde yüksek dayanımlı metal teller kullanılır. Tellerin yanı sıra tek kristal olan yüksek dayanımlı visker adı verilen (sakalcıkwhiskers) ince ve kısa geometrilerde kullanılır. Viskerler en az kristal hataya sahip olduklarından dayanımları teorik değerlere ulaşır.
Doğal elyaf takviyeli komopozitler Bu gruba ağaçlar girer. Yumuşak ağaçlar Sedir, köknar, çam, ladin Sert ağaçlar Dibudak, kayın, ceviz, meşe, gürgen. Ağaçlarda; Matris; protein esaslı ve yarı selülozikdir. Elyaflar; selüloz esaslıdır. Anizotropik özellik gösterir. Nem ve mikroorganizmalardan etkilenir bu nedenle kullanmadan önce fırınlanması gerekir.
Anizotropi Malzemelerin mekanik özellikler açısından yöne bağımlılık göstermesine Anizotropi adı verilir. Mekanik özellikler her yönde aynı değildir. Takviyenin, Uzun Elyaf Dokuma olması durumunda anizotropiye rastlanır. Partikül, kırpık, veya Keçe olması durumunda anizotropi azalır.
Parçacık Takviyeli Kompozitler Parçacıklar; seramik, metal, polimer matrislerin içerisine katılarak kompozitler yapılır. Parçacıklar boyutlarına göre ince veya kaba taneli olabilirler. Parçacık boyutlarının aynı olmasına özen göstermek gerekir. Parçacıklar mekanik özelliklerin yanı sıra diğer nedenlerle kullanılabilirler; Pigmentler, Gaz oluşturucu katışkılar Katılaşma geciktiriciler Katılaşma hızlandırıcılar Mekanik özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla sert parçacıklar katılabilir. Örneğin; metal matrisli malzemeler içine Mekanik alaşımlandırma ile katılması. Bu işleme dispersiyon sertleşmesi de denilir.
Takviye Yönü mekanik özellikleri belirleyen önemli bir parametre
Ara yüzey dayanımı Ara yüzey dayanımı, matris ile elyaf arasındaki kuvvet iletimi açısından çok önemlidir. Yüksek toklukta (metal veya polimer) matrise sahip kompozitlerde ara yüzey dayanımının yüksek olması istenir. (Çatlak oluşma ihtimali düşük olduğu için) Düşük toklukta matrise (seramik) sahip kompozitlerde, çatlağın elyafa iletimini engellemek için arayüzey bağının zayıf olması istenir. Böylece çatlak matristen elyafa geçemeden ara yüzeyde durdurulabilir veya farklı yöne yönlendirilebilir.
Mekanik özellikler Kompozitin mekanik özelliklerinde; hacim oranları, zorlama yönü, ara yüzey dayanımı, takviye ve matris malzemesi, takviyenin geometrisi çok önemli. Kompozitlerin mekanik özellikleri Takviyenin dayanımına Takviyenin geometrisine Takviyenin yoğunluğuna bağlıdır. Özgül dayanım ve Özgül modül değerleri de dikkate alınmalıdır. Bu değerler σ s σ ç ρ E s E Şeklinde bulunur. Kevlar veya karbon takviyeli epoksi kompozitlerde yüksek değerler elde edilir.
Kompozit Malzeme ne demektir? En az çelik kadar sağlam, olabildiğince hafif, yüksek sıcaklıklarda kullanılabilen, aynı zamanda ekonomik olan malzemeye kompozit malzeme diyoruz. Kompozit malzeme nelerden oluşur? Lif(Elyaf)+matrix(Polyester) = Kompozit malzeme
Kompozit malzeme kullanım alanları 1. Denizcilik Sanayii 2. Spor araçları sanayii 3. Müzik aletleri Sanayii Kompozit malzeme çeşitleri 1. Elyaflı kompozitler 2. Parçacıklı kompozitler 3. Tabakalı kompozitler
ELYAFLI KOMPOZİTLER Elyaf + Reçine = Elyaflı kompozit Elyaflar ; 1. Cam elyafı 2. Karbon Kevlar 3. Bor lifleri Reçineler ; 1.Epoksi reçineleri 2. Polyester reçineleri 3. Polyamid (Naylon) ler Cam elyafı
Matris içinde elyafların yerleşimi mukavemeti etkiler. Uzun elyaflar paralel yerleştirilir,boyca mukavemet artar,boya dik mukavemet düşer. Elyafla matris arasındaki yapışma çok önemlidir. Elyafın nemli olmaması çok önemlidir.
1. Cam elyaflı kompozitler Cam fiber takviyeli örgü Cam fiber kanat Cam fiber raket
2. Karbon-kevlar kompozitler Karbon-kevlar plakalar Oturak kaplaması Kask Eldiven
3. Bor fiber kompozitleri
PARÇACIKLI KOMPOZİTLER Takviye parçacık + Bağlayıcı = Kompozit malzeme Takviye parçacıklar * Bor 150-200 mikron * Karbon - 7 mikron * SiC - 100-150 mikron * Alumina - 20 mikron
* Matris içinde başka malzeme parçacıkları bulunur. * Mukavemet, parçacıkların sert olup olmamasına bağlıdır. * Metal parçacıkları en önemlileridir.isıl ve elektrik iletkenlik bunlarla sağlanır. * Metal parçacıkla beraber seramik parçacıklar da varsa, sertlik ve yüksek sıcaklığa dayanım bunlarla sağlanır.
Bor tanecikli kompozitler Olta malzemesi Bor kaplı ceket
Karbon takviyeli kompozitler Uçak kanatları Tekerlek cantları Akü kabı
SiC tanecikli kompozitler Aşınmaya süper dayanıklı parçalar Yalıtkan gömlekler
Alumina kompozitler Elektrik yalıtım uygulamalarında Ateşe dayanıklı levhalar
TABAKALI KOMPOZİTLER Tabaka + Bağlayıcı = Kompozit malzeme Tabaka olarak elyaftan üretilmiş tabakalar kullanılır.isı ve nem e dayanıklı tabakalardır.metallere göre çok hafif ve aynı zamanda mukavimdirler
Sandwich yapılar da tabaka olarak kullanılır. Yük taşımazlar sadece izolasyon özellikleri yüksek olduğundan kaplama olarak kullanılırlar. Sandwich panel
Sandwich panel kabin
Kompozit Malzemelerin Genel Özellikleri 1. Hafif olmaları tercih sebepleridir. 2. Genleşmeleri düşük dolayısıyla boyutları kararlı oluyor. 3. Mekanik özellikleri yüksektir. 4. Kimyasallara karşı dirençleri yüksektir. 5. Plastiklerle karşılaştırıldıklarında yüksek ısıya dayanırlar 6. Elektriksel özellikleri ayarlanabilir.