www.muhendisce.net

KOMPOZİT MALZEMELER

KOMPOZİT MALZEMELERİN TANIMI

Teknolojik gelişmelerin temelinde malzeme alanındaki ilerlemeler ve yeni buluşları

yatmaktadır. Günümüzde malzeme bilimi tek bir mühendislik dalı olmaktan çıkmış, alt

branşları olan metaller, ametaller, kimyasallar, organikler, inorganikler, polimerler vb gibi

kollara ayrılmıştır. Kompozit malzemeler ise bu gruplar içerinde en önemlilerinden biri olarak

çok geniş bir uygulama sahası bulmuştur. Havacılık, otomotiv, tekstil gibi önemli endüstri

kolları kompozit malzemelerin önemini benimsemiş ve sürekli gelişmelerden kendilerine

düşen payı almışlardır.

Genel olarak kompozit malzeme fiziksel ve kimyasal özellikleri farklı iki veya daha fazla

malzemenin bir araya gelerek oluşturduğu çok üstün özelliklere sahip olan malzemelerdir.

Kompozit yapılar çatı ve matris diyebileceğimiz iki farklı oluşumun uygun usullerle bir araya

getirilmesiyle teşkil edilirler. Adında çağrıştırdığı gibi çatı kompozit yapının mekanik

mukavemetinin sağlamakla yükümlüdür. Kompozitlerde çatıyı teşkil eden uygun

malzemelerin iplikçik halindeki formlarıdır.

Matris ise fiberleri bir arada tutan ve fiberler arsında gerilim aktarımını sağlayarak kompozit

yapının mekanik özelliklerinin oluşumunu dolaylı olarak etkileyen ve fiberleri fiziksel ve

kimyasal dış etkenlerden koruyarak kompozit yapının bir sistem olarak ortaya çıkmasını

sağlayan kısımdır. Matris malzemesi olarak uygun metal alaşımları kullanılabileceği gibi daha

yaygın olarak reçineler kullanılmaktadır.

Kompozit malzemelerin, metal malzemelere tercih edilmelerinin nedeni ağırlık olarak % 25„

lere ulaşan miktarda malzeme tasarrufu sağlamalarıdır. Bununla birlikte aşağıda sıralanan

avantajlar bu malzemelere olan talebin nedenlerini göstermektedir.

. İyi bir görünüm vermeleri

. Diğer malzemelere uyumluluğu

. Kolay imal edilebilirlik ve yüksek üretim miktarları

. Düşük maliyet

. Kalite

. Uzun kullanım süresi ve iyi performans

. Ham malzeme temin kolaylığı

. Çok iyi fiziksel ve kimyasal özellikler.

KOMPOZİT MALZEMELERİN UYGULAMA ALANLARI

Cam elyaflı kompozitlerin, mukavemet, hafiflik, düşük maliyet ve korozyon direnci

gerektiren uygulamalarda kullanılması oldukça yaygındır. Günümüzde ise uzay sanayinde

kullanılan malzemelerden spor malzemelerine kadar çok geniş bir spektrum içerisinde

uygulama alnı bulmuştur. Kompozit malzemelerin uygulama alanlarından belli başlıları;

Uçak Sanayi:

Elyaf destekli kompozitler uçak parçaları için gittikçe çok cazip hale gelmiştir. Bu alanda en

çok kullanılan elyaf, karbon, aramid ve camdır. Matris malzemesi olarak 120-170ºC arasında

polimerleşen epoksiler kullanılmaktadır.

www.muhendisce.net

Uzay ve Roket Sanayi:

Roket sanayinde kompozitlerin ilk kullanım alnı roket kılıfı uygulamasıdır. Böylelikle

roketlerin taşıma kapasitesi ve menzili artırılmıştır. Uzay mekikleri metal matrisli

kompozitlerinn bol miktarda kullanıldığı ilk uygulamalardan birisidir. Uzay mekaniğinin ana

çatısı, 242 tek yönlü borun elyafı alüminyum ana yapılı tüplerden oluşmuştur. Bu tüpler

alüminyum tiplere göre % 44 ağılık tasarrufu sağlamıştır.

Otomotiv Sanayi:

Otomotiv uygulamaları görünüş ve yapısal dayanıklılık olmak üzere iki sınıfa ayrıla bilir.

Mesela kaporta için görünüş önem arz eder. Ancak şasi gibi yük taşıyan elemanlarda

mukavemet önemlidir.

Denizcilik Sanayi:

Boyu 50 metreye kadar olan gemi ve tankerlerin gövdelerinin kompozitlerden imali ekonomik

olarak mümkündür. Diğer taraftan lüks yatlar ve sürat motorları kompozitlerden imal edilirler.

KOMPOZİT MALZEMELERİN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI

Kompozit malzemelerin, metallere göre avantaj ve dezavantajları şu şekilde sıralayabiliriz:

Avantajları:

. Çatlak ilerlemesi olayı minimize edilmiştir.

. Titreşimleri absorbe edilme özelliği sağlanmıştır.

. Kompozitlerden bazıları çok yüksek akma sınırı (akma gerilmesi) değerlerine sahiptir.

. Korozyon problemi yoktur. Bunda matris ve malzemenin uygun seçilmesinin önemi

büyüktür. Aksi takdirde birbirleri ile temasta bulunan malzemeler pil oluşturacak ve galvanik

korozyona neden olacaktır.

. Kopma uzaması metallere göre daha yüksektir.

. Yorulma dirençleri oldukça yüksektir.

. Ağırlıkça tasarruf edilmiştir.

Dezavantajları:

. Metallere yapışmazlar.

. Fırınlamadan (pişirmeden) kullanılamazlar.

. Değişik doğrultuda değişik mekanik özelliklere sahiptir. Aynı kompozit malzemeler için

çekme, basma, kesme, eğilme mukavemet değerleri farklı farklıdır. Elyaf doğrultusundaki

elastik modülü, elyafa dik doğrultudaki elastik modülünden daha büyüktür.

. Üretimi nispeten pahalıdır.

. Nem ve hava zerrecikleri, kompozitlerin mekanik ve yorulma özelliklerini olumsuz yönde

etkiler.

. Delik delme ve kesme türü işlemler liflerde açılmaya yol açmaktadır (Ancak 3 boyutlu

dokumada bu olay söz konusu değildir. Zira 3 boyutlu yapının kesilmesiyle elde edilen ve 2.5

boyutlu yapı adı verilen malzeme türü iyi özellikler vermektedir.)

www.muhendisce.net

KOMPOZİT MALZEMELERİN SINIFLANDIRILMASI

Kompozit malzeme matris adı verilen bir ana bileşenle, yüksek mukavemete ve yüksek elastik

modülüne sahip olan takviye edici (fiber, tane, tanecik, dolgu,kat) olarak adlandırılan yapısal

bileşenlerden oluşurlar. Kompozitleri başlıca üç ana grupta inceleyebiliriz.

1-Fiber takviyeli kompozitler

2-Tabakalı kompozitler

3-Tanecikli kompozitler

1-Fiber takviyeli kompozitler

Fiberglas

Uçaklarda panellerde kullanıldığı gibi, roket motorlarda da kullanılmaktadır.

Avantajları;fiyatının göreceli olarak ucuz olması, kolay temin edilmesi, işlenme kolaylığı,

yüksek mukavemeti, esnek olması ve düşük kalıp maliyetidir. Dezavantajı ise; neme karşı çok

duyarlı olmasıdır. Havacılık ihtiyaçlarını karşılamak üzere temel olarak iki tip fiberglas

bulunmaktadır. Bunlar “E-Camı” ve “S-Camı” dır.

E-Camı

Moleküler yapısı “Kalsiyum Oksit / Alümina-Borasilkat” esaslıdır. Alkali en çok %2 olabilir.

Genel amaçlıdır. Mukavemet ve yüksek elektrik iletkenliğinin gerekli olduğu alanlarda

kullanılır. Diğer fiberlere nazaran daha ucuzdur. Fiberglasın en yaygın olarak kullanılan

tipidir. Genellikle fiberglas dökümanları bu tip için hazırlanmaktadır.

S-Camı

Bir “Siliko-Alümino-Magnesia” kompozisyonudur. Alümina içeriği E cam‟ına göre daha

fazladır ve mukavemeti E-camı‟na göre %40 daha büyüktür. Yüksek sıcaklıklarda

özelliklerini daha iyi koruyabilmektedir. Çok yüksek dayanım gereken yerlerde kullanılır.

Fiberglasın bu tipi dokuma halinden ziyade iplikcik halinde bulundurulur ve kompozit teşkili

sırasında istenilen formda dizilirler. Fiberglas demetleri genellikle reçine esaslı bir madde ile

kaplanır ve sargı makineleri yardımıyla uygulama yapılır.

C-Camı

“Soda-kireç-borasilikat” içerir. Kimyasal stabilitenin en önemli faktör olduğu alanlarda

kullanılır. Asitlerle teması olan yerlerde kullanılabilirler.

Kuartz

Düşük dielektrik özellikleri istenen anten, radar ve bunun gibi parçalarda kullanılır.

Boron

Elastisite modülü yüksek kompozit teşkili için kullanılır. Boron fiberleri normal olarak

önceden reçine emdirilmiş teypler halinde sağlanabilirler. Bu reçinelerden teyp miktarı,

hacimsel olarak %50 fiber içerecek şekilde ayarlanmaktadır. Ancak değişik uygulamalar için

reçine / fiber oranı değiştirilebilir.

www.muhendisce.net

Karbon Fiberler

Karbon fiberler cam fiberlere göre çekme dayanımı, elastikiyet modülü, ısıl iletkenlik, boyut

kararlılığı, aşınma direnci, sürünme ve yorulma dayanımı gibi birçok alanda üstünlük sağlar.

Cam fiberlere nazaran üç kat daha yüksek elastikiyet modülüne sahip olan karbon fiberler

sertliğin önemli olduğu parçalarda tercih edilirler. Matris içerisine karbon fiberi eklenmesi ile

kompozit parçalar iletken haline getirilebilir. Bu özelliklerinden dolayı makaralı yataklarda,

plastik elektrotlarda, motor farlarında kullanılır.

Grafit Fiberler

Mükemmel işlenebilme yeteneği ve düşük ısıl genleşme katsayısı, grafitin diğer

üstünlükleridir. Filamanların mükemmel şekillendirilebilme kabiliyetlerinden dolayı keskin

şekilde köşeler yapılabilir. Isıl iletkenliğin yüksek oluşu, ısıl gerilmelerin radyasyon ve

konveksiyon yolu ile üniform olarak dağılması sağlanır. Dezavantajı ise düşük genleşme

katsayısının sebep olduğu ısıl gerilmelerdir.

Organik Fiber

Diğer fiber türlerinden farklı olarak para-aromid fiberi aromatik polyamid yapıda bir organik

polimerdir. Para-aromid mevcut organik ve inorganik fiberlerden en yüksek çekme

mukavemetine sahip fiberlerden birisidir. Para-aromid malzemenin en büyük avantajı düşük

yoğunlukta olmasıdır. Bu özelliği nedeniyle havacılık ve denizcilik endüstrisinde kullanımı

yaygındır. Özellikle pilot kaskı imalinde ve hız teknesi inşasında bu özelliğinden

faydalanılmaktadır. Çarpma mukavemetinin yüksek olması sebebiyle, son yıllarda balistik

koruyucu yelek, kompozit miğfer gibi ürünlerde de kullanılmaktadır.

UHMWPE (Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen) Fiber

1990 yılında seri üretimine geçilen UHMWPE fiberleri çok yüksek çekme mukavemetine

sahip olması (çelikten 10 kat daha sağlam) nedeniyle dünyada bilinen en sağlam fiberdir.

Yüksek moleküler ağırlıklı polietilen “tel sağma” işleminden geçirilmesiyle elde edilir.

Başlangıçta karmaşık bir yapı ihtiva eden polietilen, bu işlemden sonra bağ yapıları

paralelleştirilerek ve yüksek düzeyde kristal bir yapı (%85) oluşturularak çok üstün özelliklere

sahip bir fiber elde edilir. Eşi bulunmayan özelliklerinden bazıları:

Yüksek çekme mukavemeti

Çok yüksek elastisite modülü

Sudan hafif olması (0.97 gr/cm³)

Çok yüksek enerji emebilme özelliği

Tekrar kullanılabilmesi

Bu özellikleriyle UHMWPE fiberi yapısal kompozit parçaların imalinde balistik korucu yelek

ve diğer korucu elemanlarda, her tür koruyucu giysi, yüksek mukavemetli halat, paraşüt ipi,

balık ağı yapımında. Hafifliği nedeniyle denizcilik gibi alanlarda kullanılabilecek cazip bir

malzeme olmaktadır. Bazı metalik malzeme ve fiberlerin mekanik özellikleri tabloda

görülmektedir.

www.muhendisce.net

Malzeme Yoğunluk Çekme Day. Elastik Modül Spe.Çekm.Day Spec.Modül

(gr/cm3) (Gpa) (Gpa) (Gpa/(gr/cm3) (Gpa/(gr/cm3)

Alumin. L65 2,8 0,46 72 0,17 26

Titn TD 5173 4,5 0,93 110 0,21 24

Çelik 4340 7,8 0,99 207 0,13 27

E-Glass Fiber 2,54 2,6 84 0,98 33

Karbon Fiber 2 1,9 400 0,95 200

Boron Fiber 2,5 3,5 420 1,4 168

Kevlar Fiber 1,44 2,8 130 1,94 90

UHMWPE 66 0,97 3,2 99 3,3 99

Seramik Fiberler

Sürekli seramik fiberler yüksek mukavemet ve elastik modül özelliklerini yüksek ısıya

dayanıklılık ve çevresel şartlardan fazla etkilenmeme özellikleri ile birleştirilmektedir. Bazı

karakteristikler, yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler arsında özel bir konum

kazandırmaktadır. Örnek olarak silikon carbide (SiC), fiberler ve alüminyum oksit (Al2O3)

fiberler verilebilir.

Metalik Fiberler

Tel şeklindeki birçok metal yüksek mukavemet özellikleri göstermektedir. Berilyum teli çelik

ve tungsten en önemlileridir. Metalik tellerin en önemli avantajlarından biri tane herhangi bir

seramik fiberden daha karalı mukavemet değerine sahip olmasıdır. Özellikle berilyum yüksek

modül ve oldukça düşük yoğunluğa sahip olmasından dolayı yüksek fiyatına rağmen iyi bir

fiberdir. Mukavemeti diğerine düşüktür.

Tabakalı Kompozitler

En az iki değişik malzemenin tabakalar halinde dizilerek, teşkil etmiş olduğu kompozit

malzemelere tabakalı kompozitler denir.

Tabakalama, tabakaları meydana getiren malzemelerin daha faydalı bir malzeme oluşturması

için teşkil edilir. Tabakalama işlemiyle kompozit malzemelerin mukavemeti, rijitliği,

korozyon direnci, aşınma direnci, termal izolasyonu iyileştirilir. Bu tür iyileştirilmiş özellikler

bir metalden haddelenmiş metallerden, tabakalanmış camlardan, plastik tabakalı

laminantlarda çok güzel şekilde görülebilir.

Bi Metalller:

Termal genleşme katsayısı oldukça farklı, iki değişik metalin tabakalanmasından elde edilir.

Sıcaklık değiştikçe belli bir ölçüde bir tarafa ve diğer tarafa eğilir veya çarpılır. Bu tür

metaller sıcaklık ölçüm aleti olarak veya termostat olarak kullanılır.

www.muhendisce.net

Kaplanmış Metaller:

Bir metal başka bir metalin üzerinde her iki malzeme özelliğinden daha iyi sir özellik elde

etmek için yapılır. Mesela yüksek mukavemetli Al alaşımlar korozyona daha az

dirençlidirler. Buna rağmen, saf alaşımlar korozyona daha dirençlidirler. Yüksek mukavemetli

Al alaşımı korozyona dayanıklı başka bir alaşımla kaplandığı zaman meydana gelen kompozit

malzeme her iki malzemeden daha çekici avantajlara sahiptir. Elde edilen kompozit malzeme

hem korozyona dirençli hemde yüksek mukavemetlidir. Son zamanlarda Al tel %10 bakırla

kaplanarak elde edilen kompozit malzemenin, yani kompozitlerin bakır teller yerine

kullanıldığı görülmektedir. Al tel hafif ve ucuzdur. Buna karşılık başka malzemeyle kaynak

edilmesi ve yüksek sıcaklıklara dayanması zordur. Diğer taraftan bakır tel pahalı ve oldukça

ağır, kaynak ve diğer bağlantıların yapılması kolaydır.

Bakır kaplanmış Al tel ise hafiftir. Kolayca kaynak bağlantısı yapılabilir. Bakır kaplı Al tel

3/16” lik çaplı tel haline gelebilir. İçine 0.015” lik çapa kadar bakırın korozyonundan

etkilenme olmadan çekilebilir.

Dezavantajı çekme sırasında tabakalar arasında ayrılma oluşmasıdır. Bu yüzden dikkatli

kontrol gereklidir.

Tabakalanmış Fiber Kompozitler:

Tabakalanmış elyaflı kompozitler, kompozitlerin merkez sınıfını oluştururlar. Çünkü bunlar

elyaflı kompozitler ve tabakalanma tekniğini aynı anda ihtiva ederler. En yaygın bir isim

tabakalanmış elyaf takviyeli kompozitlerdir. Buradan tabakalar veya elyaf takviyeli

malzemenin tabakaları, her biri değişik yönlerde dizilmiş tabakacıkların birleştirilmesiyle

meydana gelmiştir. Meydana gelen kompozit malzemenin mukavemeti ve rijitliği değişik

yönlerde takviyelendirilmiştir.

Tabakalı elyaf takviyeli kompozitlerin mukavemeti ve rijitlikleri inşa edilecek yapı

elemanlarının dizayn ihtiyaçlarına göre belirlenir. Tabakalı elyaf takviyeli kompozitlere, roket

lonçerleri (kılıflar), fiberglas, kayık veya robot gövdeleri, hava arcı kanat panelleri ve gövde

bölmeleri, tenis raketi, golf sopaları vs verilebilir.

Tanecikli Kompozitler:

Tanecikli kompozitler bir veya daha fazla malzemenin taneciklerinin başka bir matris

malzeme ile birleştirilmesinden meydana gelir. Parçacıklar ve matrisler metalik veya metalik

olmayan matrisle birleşmesiyle meydana gelen kompozitler veya bunların tersi olan

kompozitlerdir. Parçacıklı kompozitlere örnek olarak betonu verebiliriz. Beton kum ve çakıl

parçacıklarının çimento ve su ile birleştirilmesi sonucu olur. Betonda ne parçacık nede matris

malzeme metaliktir. Metalik olmayan matris metalik parçacık birleşimi kompozitlere örnek,

roket pervaneleridir. Roket pervaneleri polietan ve polisülfat kauçuklar içerisine Al tozları ve

perklorat oksitleyicilerin katılması ile elde edilir.

www.muhendisce.net

Metalik Olmayan Taneciklerin Metal Olmayan Matrislerdeki Dağılımı:

Metalik olmayan matris içerisinde metal olmayan tanecikli sisteme örnek betondur. Betonda,

kum ve mıcır partikülleri çimento ile suyun kimyasal reaksiyonu ile birleşerek yeni bir

malzeme teşkil edilmiştir. Betonun mukavemeti normal olarak kayaya denktir.

Takviyelendirilmiş betonlar elyaf takviyeli kompozitlerin konusuna da girdiği gibi tanecikli

kompozitlerin konusuna da girer. Mika veya cam gibi metalik olmayan malzemelerin

parçaları cam veya plastiklerin içerisine karıştırılmasıyla elde edilen kompozitler oldukça

etkilidir.

Metalik Kompozitlerdeki Metalik parçacıklar:

Alaşımlardan farlı olarak metalik matrisler içerisinde metal parçacıkla erimemiş yani

çözülmemiştir. Kurşun partikülleri bakır alaşımları içerisine karışması bu tür kompozitlere bir

örnektir. Benzer olarak kurşun parçacıkları çeliğe de karıştırılır. Hedef meydana gelen

malzemeyle işlenebilirliği artırmaktır. Buna ek olarak kurşun bakır alaşımlardan yapılmış

yataklarda ve rulmanlarda tabii yağlama görevini de yerine getirir. Bunun yanı sıra tungsten,

krom, molibden gibi metal parçacıkları süzerek matrisler içerisine karıştırılabilir. Meydana

gelen kompozit malzeme sünektir ve yüksek sıcaklık özelliğine de sahiptir.

Metalik Kompozitlerde Metalik Olmayan Partiküller:

Seramik gibi metalik olmayan partiküller, bir matris içerisine karıştırılmasından elde edilir.

Meydana gelen kompozite sermet denir. Sermetlerin en yaygın iki grubu şunlardır:

Oksit tabanlı kompozitler

Karbür tabanlı kompozitler

Oksit tabanlı sermetler yada oksit parçacıklı bir oksit matris, içerisine yerleşmişlerdir. Bu tür

sermetler erozyon reziztansının gerekli olduğu yerde yüksek sıcaklıkta alet yapımında

kullanılır.

www.muhendisce.net

KOMPOZİTLERDE MATRİS ÇEŞİTLERİ

Bir kompozit yapıda matrisin görevi, yapıştırıcı ve tutucu özelliği ile, fiberleri bir arada

tutmak, yükü fiberlere aktarmak, dağıtmak ve kompozit yapıyı dış etkenlerden korumaktır.

1. Plastik matrisli kompozitler

Matris olarak plastik esaslı malzemelerin kullanıldığı kompozit malzemelerdir. Örnek olarak

cam elyaflı plastikler verilebilir.

2. Metal matrisli kompozitler

Matris olarak, Al,Mg,Cu ve çelik ile benzeri metallerin kullanıldığı kompozit malzemelerdir.

KOMPOZİT MALZEMELERİN İMALİNDE KULLANILAN MATRİS MALZEMELER

PLASTİKLER

Plastik, moleküllerin belirli bir düzen içerisinde sıralanması ile oluşan organik kimyasal bir

maddedir. Genel olarak plastik, dökülerek veya preslenerek şekil verilen ve metal olmayan

malzeme türlerine verilen bir isimdir. Plastikler hafif ve kolay işlenebilmeleri nedeniyle çok

geniş bir uygulama alanına sahiptir. Plastik isminin kullanılmasının nedeni, bu malzemelerin

belirli şartlarda plastik bir kıvam göstermeleri ve bir kalıba basınçla enjekte edilerek kolayca

şekil almalarıdır.

Metaller bir plastik malzemedir. Fakat plastik değildir. Bakalit bir plastiktir, fakat bir plastik

cisim değildir. Çünkü plastik şekil değiştiremezler.

Plastik malzemelerin hammaddeleri:

Kömür Hava (N,O)

Petrol Su

Kireç taşı Pamuk

Tuz (NaCl, MgCl2) Odun

Kükürt Ve diğer ziraat maddeleri

olarak sayılabilir.

Plastik malzemeler son 40-50 yıl içinde büyük gelişmeler göstererek metallerle aynı oranda

kullanılmaya başlanılmıştır. Bunun nedenleri ise şunladır:

Plastik malzemeler oldukça ucuzdur.

Kolayca işlenebilirler.

Ağırlıkları düşüktür.

Kimyasal ve korozyon dirençleri yüksektir.

Isıl ve elektrik özellikleri iyidir.

Yeterli mekanik özelliklere sahiptir.

C*** karbon vs gibi elyaflarla kuvvetlendirilerek mekanik ve fiziksel özellikler

iyileştirilebilir.

www.muhendisce.net

ELASTOMERLER

Üç boyutlu şebeke yapısı oluşturularak yüksek esneklik gösteren polimerlerden meydana

gelmiştir.

TERMOPLASTİKLER

Molekül yapısı olarak yan zincirler ve gruplar ihtiva ederler. Moleküller elastomerlerde ve

termosetlerde olduğu gibi üç boyutlu bir yapı teşkil etmezler. Moleküller arasında zayıf

Vander Wals bağı vardır. Bu nedenle rijit yapıya sahip değildirler. Isı altında yumuşarlar ve

bu özelliklerinden faydalanarak ısıtılmak suretiyle şekillendirilirler. Bu şekil değişikliği

esnasında hiçbir kimyasal değişikliğe uğramazlar. Tekrar tekrar ısıtılarak yeni şekiller

alabilirler. Piyasada ise toz ve granür halde bulunurlar. Kompozit imalatında azda olsa

kullanılırlar.

a) Asetol reçineler Şaft yatağı

b) Akrilikler (polimetil metakrilat) Işıklı

c) Selilozik (selüloz asetat) Selefon kağıdı

d) Florokarbon Teflon tava

e) İzosiyonatlar Isı izolasyonu

f) Poliamitler İp, çorap,çamaşır

g) Poliolefinler (Polietilen-polipropilen) Naylon torba

h) Stiren(polistren) Okul gereçleri

i) P.V.C. Boru

j) Polikarbonat Trafik ışıkları

TERMOSETLER

Moleküller bir üç boyutlu şebeke yapısı teşkil edecek şekilde birbirine bağlı bir yapı ihtiva

edeler. Bu bağlama esnasında meydana gelen bu olay tek yönlü kimyasal bir reaksiyondur.

Plastik malzeme şekil aldıktan sonra sertleşir ve malzeme artık yumuşamayıp şekil

değiştiremez.

a) Amino reçineler (melamin formaldehit) Tabak

b) Ekopsi reçineler Uçakların iç donanımı

c) Furan reçineler Koruyucu kaplama

d) Alkitler Boya

e) Fenolik reçineler Elektrik aksamı

f) Silikonlar Oto cilası

g) Poliesterler

-Cila tipi

-Döküm tipi

-Cam takviyeli plastik tipi

Plastik malzemeler en çok reçine diye adlandırılırlar. Kompozit malzemelerin imalatında en

çok kullanılan termosetlerdir. Ekonomik, verimli ve gelişmiş mekanik özellikleri olan

parçalar, termosetlerden kolaylıkla yapılırlar. Günümüzde deniz araçları yapımında, otomotiv

sanayinde, inşaat sektöründe, depo, tank boru yapımında bilhassa ekonomik olması sebebiyle

yaygın olarak kullanılırlar.

www.muhendisce.net

Termoset plastikler içinde en yaygın kullanılanı poliesterler, fenolik reçineler, ekopsi

reçineler ve silikonlardır. Poliester ise bunların içerisinde en yaygın kullanılanıdır. Özellikleri

imalat kolaylığı ve yatırımın düşük olması poliesterlerin tercih edilme nedenidir. Fenolik

reçineler ise yüksek mukavemetin yanı sıra, büyük ısı direnci istenen yerlerde kullanılırlar.

PLASTİKLERE KATKI MADDESİNİN KATILMASI

Pratikte plastik malzeme özeliklerini iyileştirmek gayesiyle ilave katkı maddeler katılarak

kullanılır. Bu katkı maddeleri ise şunlardır:

Polimer reçineler

Cam ve karbon elyaflar

Dolgu malzemeleri

Yumuşatıcılar

Stabilizatörler

Yağlayıcı

Renk verici

Aleve karşı koruyucu

Bu gibi katkı maddeleri ise çeşitli yöntemlerle plastik içerisine katılırlar.

Harmanlama:

En iyi malzeme özelliklerini sağlamak gayesi ile iki veya daha çok plastiğin veya katkı

maddelerinin karıştırılması işlemine denir. Harmanlama işleminin özellikleri şunlardır:

1-Harmanlama sadece polimerlerin karşılaştırılması için uygulanan mekanik bir usuldür.

Harmanlanan polimerlerin kimyasal bağlarının önemi yoktur.

2-Elde edilen karışımın tek bir ergitme ve camsı yapıya geçiş sıcaklığı vardır. Bu sıcaklık her

iki polimerin sıcaklıkları arasında olabilir.

3-Harmanlama sonucunda polimerlerin en az bir özelliği çok iyi bir şekilde düzelir.

4-Harmanlama oranları %25–50 arasında olabilir.

Harmanlama 3 şekilde yapılır:

1-Fiziksel harmanlama:

Uyuşmayan polimerler birlikte öğütülür ve yumuşama sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklığa

kadar ısıtılır, soğutulur. Soğutma sonucu bir ana faz yani matris yapı içinde küresel, silindir

veya lamel şeklinde diğer fazdan oluşan iki fazlı bir yapı oluşur.

2-İnter polimerizasyon:

Polimerizasyon işleminin devamı için katalizör olarak organik peroksit bileşikleri kullanılır.

3-Aşılama polimerizasyon:

Plastiklerden birinin zincir yapısını bir başka plastik malzeme aşılanır. Böylece özelliklerde

iyileştirme sağlanır.

www.muhendisce.net

PLASTİKLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ

Plastik malzemelerin genel özellikleri:

1-Plastiklerin dış görünüşleri: plastikler genel olarak renksiz, şeffaftır ve istenilen renge

boyanabilirler.

2-Yüzey sertliği: Plastikler yumuşak olduklarından aşınma dirençleri zayıftır, bazı boyayıcı

maddelerle karıştırıldığında yüzey sertlikleri artırılabilirler.

3-Yoğunluğu: Plastiklerin yoğunluğu oldukça düşüktür. (0.9-2.5 gr/cm³)

4-Isıl özellikler: Genel olarak plastiklerin 100-180 ºC arasında olur. Çünkü yüksek

sıcaklıklarda yumuşarlar. Isı iletim katsayıları çok düşüktür. Bu nedenle malzeme içerinde

biriken ısı, ısıl yorulmaya yol açar. Plastiklerin ısı iletim katsayılarını artırmak için Al, Cu, C

cam elyafı katıdır. Ayrıca plastiklerin ısı iletim katsayıları metallerinkinden çok yüksektir.

5- Kimyasal özellikler: Genel olarak termoplastikler asit, bazlı ve tuzlu çözeltilere

dayanıklıdır. Fakat termosetler kimyasal etkilere dayanıksızdır.

6- Yanma özellikleri: Termoplastikler, alev veya aşırı ısı karşısında yanarak özelliklerini

kaybederler. Alevden uzaklaştırıldıklarında yanma durur.

7- Havadan etkilenme: Plastikler havadan etkilenerek bozulurlar. Radyasyon, yağmur veya

dolu erezyonu, rüzgar, hava kirliliği gibi etkilerden bozulurlar. Ultraviyole ışınlar renklerini

alır.

8- Elektriksel özellikler: Plastiklerin elektrik özellikleri oldukça zayıftır. Çok iyi yalıtkanlık

gösterirler.

PLASTİK MATRİKS KOMPOZİT İMALATI

TERMOSET KOMPOZİTLERİN İMALATI

Islak Kalıplama

Bu yöntem, tek yüzü düzgün küçük çapta üretim için kullanılır. Genellikle CTP kalıp

kullanılır. Kalıp yüzeyi ile temas eden CTP yüzeyi düzgün, diğer yüzeyi pürüzlü olur.

Genellikle 2-10 mm kalınlıklar için bu yöntem kullanılır. Büyük boyutlu parçalara kalınlık

daha fazla olabilir, ancak 2 mm‟nin altında kalıplama tavsiye edilmez. Tipik bir yatırma

örneği aşağıda görülmektedir.

Genellikle tekne, oto kaportası, cephe kaplama elemanları, depo ve tank gibi ürünlerin

yapımında kullanılan bu kalıplama yöntemi iki teknikte yapılır;

a) El yatırması

b) Püskürtme

Kalıp hazırlaması ve jelkot uygulaması her iki teknik içinde aynıdır. Kalıp, önce silikonsuz

kalıp ayırıcı vaks ile parlatılır, jelkot uygulanır. Jelkot uygulaması fırça ile veya püskürtme ile

yapılır. Toplam jelkot kalınlığı 0.3 – 0.6(400-500 gr/m²) civarında olmalıdır.

CTP ürünlerinde görülen hataları büyük bir çoğunluğu jelkot uygulaması sırasında yapılan

yanlışlardan kaynaklanır. Bu nedenle jelkot uygulamasında özel bir özen gösterilmesi

gereklidir. Örneğin gereğinden ince uygulanan jelkot, stiren monomerinin uçması nedeniyle

sertleşeceği yerde kurur. Jelkot tabakası yeterli sertliğe ulaşmadan üzerine CTP işlenirse

buruşmalar oluşabilir. Jelkot‟un çok kalın sürülmesi halinde, ürün kalıptan çıktıktan birkaç ay

sonra çatlaklar oluşabilir.

www.muhendisce.net

El Yatırması

Jelkot sürülmüş kalıp üzerine önce 300 gr/m²‟lik cam keçe ile uygulama yapılır.cam elyafın

polyesterle ıslatılması için yeterli miktarda polyester fırça veya yün rulo ile cam elyafına

yedirilir. Cam elyaf kalıp şeklini aldığı zaman, yatırma amacı ile yatay dişli rulolarla, hava

kabarcığı giderme amacı ile de dikey dişli rulolarla elde edilen laminatın rulolanması

gereklidir.

Kalıplama sırasında zorluklarla karşılaşmamak ve malzeme zayiatını önlemek amacı ile cam

elyafının belli bir şablonla önceden kalıba en uygun biçimde kesilmesi gerekir.

Kenarların kesimi henüz tam sertleşme olmadan keskin bir bıçak aracılığı ile yapılabilir.

Ürünün kalıptan alınması oldukça uzun bir zaman alır. Kalıptan çıkarma işleminin

çabuklaştırılması amacı ile kalıplanan ürün hemen 60 C ‟lik bir fırına konarak 1 saat süre ile

beklenirse, kalıbın soğumasından sonra ürün kalıptan alınabilir.

Püskürtme

Jelkot uygulanmış kalıp üzerine cam elyafını ve polyesteri püskürterek işleme yöntemidir.

Hava ile çalışan bir püskürtme tabancası birtaraftan cam elyafını kırparak püskürtür, diğer

taraftan katalizlenmiş polyesteri püskürtür. Kalıp yüzeyinde cam elyafı ve polyesterin bir

laminant oluşturması için rulolanır.

Cam elyafının ve polyesterin kalıp üzerine püskürtülmesinden hemen sonra bir rulo ile

polyester ile ıslanmış cam elyafı kalıp üzerine yatırılmalı ve hava kabarcığı kalmamalıdır.

Yatırılan cam elyafı üzerine istenilen et kalınlğı elde edilene kadar kademeli olarak cam elyafı

ve polyester püskürtmeye devam edilmelidir.

Püskürtme yönteminde reçine/cam oranı genellikle 2/1 – 3/1 arasında değişir. Püskürtme

makinalarının kapasiteleri de genellikle 2-10 kg/dakika arasında değişmektedir.

Reçine Enjeksiyonu

Islak kalıplama (El Yatırması) ile soğuk presi arasında bir yöntemdir. Çift cidarlı bir kalıp

içerisine cam elyafı yerleştirilir ve bir veya birkaç enjeksiyon deliğinden polyester kalıp içine

yaklaşık 1 atm. basınçla verilir. Cam elyafının polyesterle ıslanması tamamlanınca reçine

fazlası tahliye borularından çıkar.

Reçine yönteminin avantajları şunlardır:

1- Her iki yüzü düzgün ürün elde etme olanağı

2-Sabit şekil ve ağırlıkta ürün elde etme olanağı

3-Tek kalıpta üretilen ürünlerden daha kaliteli ürün elde etme olanağı

4-Takviye elemanları ve diğer parçaların tek işlemde eklenebilme olanağı

5-Kapalı kalıp kullanılması nedeni ile stiren buharlaşmanın azalması

6- Sertleşmenin ortam sıcaklığından fazla etkilenmemesi

7- Daha temiz çalışma ve az fire verme olanağı

8- İşçilik maliyetinde azalma

www.muhendisce.net

Bu yöntemin dezavantajı ise, ilk maliyetin daha yüksek olması ve kalıpların büyük bir özenle,

1‟den daha fazla sayıda hazırlanması gereğidir.

Kopuk Rezervuar Kalıplama

Bu yöntem de, çift kalıpla her iki düzgün ürünlerin yapımında kullanılır. Yumuşak köpük bir

malzemeye polyester emdirilir ve kuru cam elyafı yerleştirilmiş iki kalıp parçası arasında

sıkıştırılır. Köpüğe emdirilmiş polyester, sıkışma nedeniyle cam elyafını da ıslatır ve

sertleşmesi beklendikten sonra iki yüzü düzgün bir CTP ürün elde edilir. Kullanılan cam

elyafı ve köpük kalınlığına bağlı olarak değişik mekanik özellik sağlanması mümkündür.

İkinci kademede tüm sistem, verilecek şekle göre hazırlanmış kalıplardan ısıtılmış bir bölge

içerisinde geçer ve bu fırınlama sırasında reçinenin sertleşmesi sağlanır. Sertleşmiş levhanın

kesimi ile üretim tamamlanır.

Işık geçirgen levha üretimi için cam takviyesinin toz bağlayıcılı keçe olarak veya kırpılmış

cam elyafı olarak kullanılması ve polyester reçinenin de cam elyafının kırılma indisi ile eş

değerde bir kırılma indisine sahip olması gereklidir. Bu amaçla özel polyesterler

geliştirilmiştir.

Profil Çekme (PULTRUSION)

İstenilen şekilde profillerin üretimi için kullanılır. Profil şekilleri tamamen kullanılan kalıba

bağlıdır ve ürünlerde boyuna mukavemet çok yüksektir.

Çekme yönteminde genellikle iki yöntem söz konusudur.

Birinci sistemde çekilecek cam elyafı önce katalizlenmiş polyester banyosundan geçirilir ve

sonra ısıtılmış kalıplardan polyester fazlası sıyrılarak çekilir. Kalıplar aynı profilin şeklini

belirler.

İkinci yöntemde cam elyafı belli bir gerilim ile kuru olarak ısıtılmış kalıplardan geçirilir ve

kalıp içerisinde reçine enjekte edilir.

Kenar Kesme ve Yüzey İşleme

Kesim işleminin polyester henüz tam sertleşmeden yapılması tavsiye edilir. Bu amaçla keskin

bir bıçak kullanılması ve CTP üründe herhangi bir bozulma oluşturmaması için bıçağın CTP

laminata dik olarak tutulması yeterlidir.

CTP ürünlerde açılması gerekli delikler 5 mm çapa kadar, yüksek devirli matkaplarla

delinebilir. 5-10 mm çaptaki delikler elmas matkap ucu ile delinmelidir. Daha büyük çaptaki

delikler için kesiciler kullanılmalıdır.

Kesilmiş veya delinmiş olan her CTP ürün bu işlem yerinde tekrar polyester ile kaplanmalıdır.

Aksi taktirde, ürünün temas ettiği su veya kimyasal maddeler laminat arasına sızabilir.

CTP ürünler genellikle kendinden renkli olarak üretilir ve boya gerektirmez. Ancak bazı özel

durumlarda ürünün boyanması gerekebilir. Bu durumda yüzeyin kalıp ayırıcı ve parlatıcı

elemanlardan tamamen arındırılması gerekir.

www.muhendisce.net

TERMOPLASTİK KOMPOZİTLERİN ÜRETİMİ

Klasik termoplastik imalat yöntemleri ile termoplastik kompozitler üretilmekle beraber ticari

düzeyde kullanılan en önemli metod enjeksiyondur. Termoplastik kompozitlerin

enjeksiyonunda bazı ilave zorluklarda ortaya çıkmaktadır.

Takviye malzemesi basma viskozitesi artacağından enjeksiyon basıncı termoplastiklere

nazaran %80 kadar daha fazla büyüyebilir.

Kompozitlerde rijitlik termoplastiklerden dah yüksek olduğundan kalıptan çıkarma sıcaklığı

daha yüksek tutulur ve bu yüzden bu işlem süresi kısa olmalıdır.rijitliğin yüksek olması kalıp

konikliğinin artmasına ve enjektör sayısının da çoğalmasına yol açar.

Ayrıca pistonlu enjeksiyon makinası yerine karışmayı ve homojenleşmeyi ölçmeyi ve sıcaklık

kontrolünü daha iyi sağlamak için vidalı enjeksiyon makinası tercih edilir. Makinanın vida

hızı ve geri basıncı elyafların hasar görmeyeceği şekilde seçilmesi gereklidir. Elyafların

aşındırıcı özelliği hem tezgahta hem de kalıpta hızlı aşınmaya yol açabilir. Bu mahsur

sertleştirilmiş kalıp çeliği kullanılması halinde ihmal edilebilecek düzeye inebilir.

1. Enjeksiyon Kalıplama:

Granül veya toz halindeki malzeme bu kovan içerisinde ısıtılıp yumuşatılır. Daha sonra bu

lüleden basınçlı olarak soğuk bir kalıba iletilir. Parçalı kalıp sıkıca kapatılmıştır. Katılaşma

tamamlandıktan sonra parça kalıptan iticiler veya basınçlı hava ile çıkarılır. Çevrim otomatik

olarak çalıştırılabilir.

2. Ekstrüzyon:

Kovanlara yerleştirilen malzemenin bir ıstampa yardımıyla basınç altında, belirli profillere

sahip matrisler içerisinden geçirilerek şekillendirilmesine Ekstrüzyon adı verilir.

Bir kovan içerisinde dönen bir vidadan meydana gelen eksrüder en yaygın kullanılan

makinadır. Vidanın devri plastik türü, kalıp özellikleri, granül çapı ve plastik sıcaklığı gibi

parametrelere bağlı olarak değiştirilebilir. Bir ekstrüder vidası üç kısımdan meydana gelir.

Besleme bölgesinde malzeme ön ısıtmaya tabii tutularak basınç bölgesine iletilir. Basınç

bölgesinde vida derinliği tedrici olarak azaldığından malzemede bir sıkışma görülür. Bu

sıkışma ile malzeme içerisindeki hava besleme bölgesine itilir. Ölçme bölgesinde vida

derinliği biraz daha azalır ancak eksenel doğrultuda derinlik sabittir. Homojen şekil ve

sıcaklıktaki basınçla kalıba itilir. Her üç bölgenin de uzunluğu malzeme türlerine göre değişir.

Örneğin bir kompozit malzeme olan PVC için basınç tüm vida boyunca artar. Ekstrüder de

değişik kalıplar kullanılarak çeşitli imalatlar yapmak mümkündür.

www.muhendisce.net

3. Kaplama:

Ekstrüderden üretilen plastik film veya levha kaplanacak malzeme hızlı bir şekilde

örtüldükten sonra kompozit levha haddelenir. Böylece tam bir yapışma olur hem de tabak

kalınlığı ayarlanmış olur. Önemli bir kaplama metodu tellerin üzerlerinin kaplanmasıdır.

Özellikle elektrik teli üretiminde yüzeyi temizlenmiş ve ısıtılmış tel ekstrüderden beslenen

kalıba girer. Kaplama hızı tel çapına bağlı olarak 1-1000 m/dk arasındadır.

4. Şişirme:

İçi boş kompozit parçalar, özellikle büyük boyutlu parçalar bu metodla kolay ve ucuz şekilde

imal edilebilirler. İmalatın ilk kademesinde yuvarlak bir kalıptan erimiş bir tüp elde edilir.

Daha sonra bu boruya iki parça kalıp içerisinde basınçlı hava üflenir. Birden fazla kalıp

kullanılarak işlem sürekli hale getirilebilir. Bu metodda ektrüde bir silindir ve piston eklenir.

Her şişirme işleminde belirli hacimdeki erimiş plastik malzeme şişirme ucuna iletilir. Hızlı

soğumayı sağlamak için şişirme havası yerine sıvı CO2, soğuk hava veya yüksek basınçlı

nemli hava üflenebilir. Ancak hızlı okuma mekanik özellikleri ve boyutsal stabiliteyi

kötüleştirebilir.

5. Döner Kalıplama:

Şişirme kalıplamaya benzer şekilde içi boş parçaların imalatında kullanılır fakat metod

farklıdır. Hassas olarak tartılan toz malzeme iki parçalı kalıp içerisine konulup kalıp kapatılır.

Kalıplar bir fırın içerisinde ısıtılırken birbirlerine dik iki eksen etrafında döndürülür. Bir süre

sonra yumuşayan malzeme, kalıp cidarlarına homojen tabaka halinde kaplanır. Kalıbın dönme

hızı 20 dev/dk kadardır. Ana ve tali eksen devir sayıları oranı 4/1 „dir. Kalıp sıcaklığı

malzeme türüne göre 250-400 C arasındadır. Kalıp daha sonra döndürülmeye devam edilirken

soğutulur. Kalıp önce basınçlı hava ile daha sonra su jeti ile soğutulur. Daha sonra parça

kalıptan alınır.

6. Thermoforming-Vakum veya Basınçlı Şekillendirme:

Thermoforming, termoplastik kompozit bir levhanın katlanabilme veya yumuşama sıcaklığına

kadar ısıtıldıktan sonra vakum veya basınç etkisi ile bir açık kalıp içerisinde

şekillendirilmesidir.

Vakum-thermoforming ile 0,025 mm den 6,5 mm‟ye kadar kalınlıktaki levhalar kalıp

üzerinde gerilir. Kalın levhalar çift taraflı ısıtılıp yumuşatıldıktan sonra vakum uygulanır. Isı

kaynağı kızıl ötesi lambasıdır. Basınçlı kalıplamada 2Mpa „a kadar basınç uygulandığında

şekillendirme daha kolay olup diğer özellikleri aynıdır. Kalıp dizaynında ve malzeme akışında

derin çekmeye kısmen benzerlik gösterse de burada kalıba temas eden kısım hemen soğuyup

katılaşır.

www.muhendisce.net

7. Haddeleme:

Haddeler ısıtılır ve aralığı hassas bir şekilde sabit tutulur. İmalatta haddelemeden önce

malzemenin hazırlanması, haddelemeden sonra ise üretilen levhanın korunması çok

önemlidir. ince levha üretiminde sarma sırasında merdane hızı biraz arttırılarak kısmen çekme

işlemi de yapılır. Çekme hızı 0,1 –2 m/sn arasında seçilir. Prosesin çok hassas kontrol

edilmesi durumunda bu metotla + 0,005 mm kalınlık toleransı elde edilebilir. Sürekli bir

imalat metodu olduğundan, enjeksiyon gibi kesintili işlemlere göre kompozit malzemeler için

daha uygun bir metottur.

8. Transfer Kalıplama:

Basınçlı kalıplamanın gelişmiş bir şeklidir. Kalıp içerisine gönderilecek malzeme önceden

ayrı bir hücrede ısıtıldıktan sonra dar bir orifisten kalıp boşluğuna basılır. Malzeme içerisinde

ısı dağılımı homojen hale geldiğinden sertleşme hızlanır. Üretilen mamulün çarpılma riski

azalır. Akışın düzgünleşmesi ile çok daha karmaşık parçaların üretimi kolaylaşır.

METAL KOMPOZİTLER

Metal Matriksler:

Alüminyum, titanyum, nikel fiberleri ve erimez metal matriksleri bir araya getirilip

yapıştırılarak metal matriksler elde edilir. Bunlardan bor / alüminyum olanlar difüzyon yolu

ile bağlanmış tabakalar ve plazma püskürtülmüş şeritler şeklinde üretilmektedir.

Yapıştırıldıktan sonra alüminyum 530ºC „nin üzerindeki sıcaklıklarda işlenecek ise bor

fiberlerinin tahrik olmaması ve özelliklerini kaybetmemesi için borsic fiberleri kullanılması

gerekir.

Metal matriksli alüminyum kompozitleri sürekli veya aralıklı olarak üretilebilir. Düşük

maliyetli parçalarda aralıklı olanlar, ağırlık kazancının istendiği yerlerde sürekli olanları tercih

edilirler. Silikon korpit ve Al2O3 fiberlerinin hem sürekli hem de aralıklı olanları mevcuttur.

Süreksiz fiberler, metal püskürtme veya toz metalürjisi ile birleştirilirler.

Tabloda bor / alüminyum kompozitinin plazma, difüzyon ve ötektik bağlama işlemlerine göre

mekanik özellikleri gösterilmiştir. Kaynak konvansiyonel tekniklerinden birisidir. Difüzyon

ile bağlama işleminde ise birleştirilecek yüzeyler, boşaltılmış retort içinde 490ºC‟de ve

69Mpa basınçta veya 530ºC ve 2070pa basınçta 30-90 dakika ısıtılmak sureti ile iki katı

yüzey arasında difüzyon sağlanarak parça birleştirilir.

Ötektik bağlama işleminde birleştirilecek parçalar, gümüş veya bakır ile kaplanır ve 6900pa

basınçta 510-570ºC sıcaklıkta inert gazla doldurulmuş veya boşaltılmış çelik birt retort içine

yerleştirilerek işlem gerçekleştirilir.

www.muhendisce.net

Bor-Alüminyum Kompozitinin Mekanik Özellikleri

Metal matrikslere uygulanan bu işlemler diğer reçinelerle karşılaştırıldığında çok masraflı

olduğu görülür. Ayrıca, elde edilen matriksin boyutu ve şekli de sınırlıdır.

METAL MATRİKS KOMPOZİTLERİN İMALATI

Metal matriks kompozitlerde matriks malzemesi olarak Al,Mg,Ti kullanılır. Takviye olarak

seramikler, partikül, levhacık, visker, elyaf şeklinde kullanılır. Matriks malzemesi olarak Cu

ve Al‟da grafit elyaf olarak kullanılır.

Metal matriks kompozitler sürekli takviyeli ve süreksiz takviyeli kompozitler olmak üzere

ikiye ayrılabilir. En kolay ve en ucuz takviye fiberdir. Partikül ve levhacıklar ise viskerler ve

fiberlere göre kolay üretilebilirler.

Süreksiz Takviyeli İmalat

Süreksiz takviyeli kompozitler parçacık, levhacık, visker takviyeli kompozitlerdir. En çok

kullanılanlar visker ve partikül takviyeli kompozitlerdir. Alümina, borkarbür, SİC,TİC,WC en

çok kullanılan partiküllerdir. Visker SİC (en çok kullanılan), Al.2O3, silis yumnitrür

kullanılır. Visker maliyeti parçacığın 10-100 katı fazladır. SİC kullanıldığı zaman mukavemet

rijitlik ve aşınma mukavemetini arttırır. Silindirik parçalarda genellikle yüksek l/r den dolayı

viskerler mukavemeti daha fazla arttırır. Ancak imalat esnasında viskerler kırılırsa avantajı

kaybolur. Bunun için özel imalat gerekir. Viskerlerin imalat esnasında yönlendirilmeleride

önemli bir problemdir.

Metal matriks malzemelerin imalatı primer ve sekonder metotlar olmak üzere ikiye ayrılır.

Primer metotta toz metal, sıvı metal emdirme basınçlı döküm, klasik döküm metotları

kullanılır. Sekonder metotla ekstrüzyon, dövme, haddeleme gibi klasik plastik şekillendirme

ile talaşlı imalat, kaynak ve lehim birleştirmeleri gibi metotlar kullanılır.

Primer Metotlar

Toz Metalurjisi

İlk basamak olarak Al alaşım tozu SİC visker ve partikülle karıştırılır. Viskerler 10-90

mikronmetre boyutunda ve 0,6 mikronmetre çapında kum ve kok elektrik fırınında buhar

reaksiyonu ile elde edilir, kırılır ve boyutlandırılır. Karıştırma esnasında viskerlerin kırılması

önlenmelidir. Karışımın düzgün olması için yağlayıcı ve katkılar ilave edilir. Karıştırmadan

sonra buhar yakılır ve buharlaştırılır. Bu işlem preslemeden sonrada yapılabilir. Sinter

sıcaklığı katı hal veya yarı sıvı için seçilebilir. Sıkıştırma sıcak izostatik presleme yapılır. Toz

metalurjisi ile üretilen kütük daha sonra işlenir.

Sıvı Metal Emdirme

www.muhendisce.net

Preforma düşük basınçla sıvı metal emdirilir. SİC viskerli alüminyum kompozit bu yolla imal

edilir. Visker üretimi için iki farklı metot vardır. Bunlardan biri seramik slip döküme benzer

şekilde, diğeri pulp kalıplamaya benzer şekildedir. Her iki metotta viskerlerin koyu bir çamur

haline gelmesi için bağlayıcı karıştırılır. Birincide çamur kalıp boşluğuna dökülür ve

sertleştirilir. İkincide ise vakumla şekillendirilip sertleştirilir. Sertleştirilmiş çamurdan nem ve

bağlayıcıyı uzaklaştırmak için yakılır. Sonuçta kısmen bağlanmış kısmen mekanik sıkışmış

viskerler arasında sıvı sızıntısı için boşluk kalmış olur. Ön ısıtma ( metal emilmesini

kolaylaştırmak için )yapılır. Emdirme visker dağılımının düzensizliği, gaz boşluğu,

katılaşmada büzülmedir. Bu işlemden sonra sekonder işlem yapılması gereklidir.

Basınçlı Döküm

Basınçlı dökümle kokil dökümden daha kaliteli malzeme üretilir. Çünkü boşluklar daha az ve

daha ince taneli yapı elde edilir. Seramik preformlar viskerler veya kırpılmış elyaftan elde

edilir. Preform ısıtılıp kalıba yerleştirilir, metal dökülür ve basınç uygulanır. (70-100 MPa).

Katılaşana kadar basınç kaldırılmaz.

Alüminyum pistonlarda kullanılan dökme demir halkalar yerine daha hafif preform elde

edilir. Piyasada ticari yaygın bir metot olduğu için bu şekilde uygulanmış bir çok mamül

vardır.

“Saffil” “Koowool” hızın izolasyonu için üretilmiş alüminyumoksittir. Düşük maliyeti metal

matriks kompozitler için potansiyel malzemedir. Aşınma mukavemeti ve hafifliği için tercih

edilir. Toyota firması dizel pistonu üretiminde ( ayda 28000 parça ) kullanıyor.

Konveksiyonel Döküm

A 356-A 357 Al alaşımları için vf = % 5-20 SİC partikülleri kullanılır. ( Al 356, Al 357 klasik

döküm prosesi için ingot malzemelerdir.) döküm metodu A 356 ve A 357 alaşımında

partiküllerin çökelmemesi için karıştırılır fakat yüzeydeki oksit tabakası bozulmamalıdır.

C ) `dir. Koruyucu gazC-790C ( 680Nominal döküm sıcaklığı 700 argondur. Gaz giderme

veya tuz flux gerekmez. Döküm ve süzme normal işlemlerdeki gibidir. Kullanma maliyeti

normal dökümün 2-3 katıdır.

Sekonder İşlemler

Plastik şekillendirme normal alaşımlarla aynıdır. İşlemede SİC aşındırıcı olduğundan hız

çeliği uygun değildir. Elmas uçlar işlemede tercih edilir, kesme sıvısı olarak Al kesme sıvıları

kullanılır. Kaynakta TİG kullanılır. Fakat alüminyum karbür oluşmaması için düşük olmalıdır.

Lehimlemede daha fazla SİC ıslanması için fluxlar daha etkili olmalıdır. Gaz giderme,

kabarcık ve çatlama olmaması için çok önemlidir.

www.muhendisce.net

Sürekli Takviye Metotları

Sürekli takviyeli kompozit üretiminde istenen geometriyi sağlamak için imalata ilave olarak

birkaç güçlük vardır. Takviye elyaf:

Kırılma olmadan istenen hacmin % sini sağlamalıdır.

Yüksek sıcaklıklarda oluşan reaksiyonlardan minimum hasar görmelidir.

Matriksten elyafa yükün transferi için yeterli ara yüzey bağı sağlanmalıdır.

Sürekli takviyeli imalatta işlemler bitmiş parça geometrisini sağlayacak şekildedir. Yani

sekonder işlemler genellikle sınırlıdır. Plastik deformasyon elyaf kopmasına yol açtığından

dolayı istenmez. Talaşlı imalatta ise elmas taşla kesme ve su jeti tercih edilir. Elyafı kesintiye

uğratacak perçin delme vb işlemleri de sınırlı tutulmalıdır.

Primer iki temel işlem vardır:

Uygun elyaf-matriks preformunun imalatı,

İstenen parça geometrisi için preformun preslenmesi.

Primer İşlemler

Sıcak Presleme

Sıcak presleme işlemi aşağıda verilen işlem basamaklarından oluşur.!!

Hidrolik preslerde ısı ve basınçla elyaf matriks arasında bağ oluşturulur. Elyaf çapı genellikle

0,075 mm veya daha büyüktür. Takviye; bor, SİC veya metal elyaflar, geçici bir bağlayıcı ile (

akrilik reçine, dokuma veya metal tel ve şeritle ) bir arada tutulur. Tipik elyaf aralığı 4-10

elyaf/mm dir.[6]

Matriks folyo şeklindedir. Kalınlığı 0,05-0,150 mm arasındadır. Geçici bağlayıcı da

kullanılarak toz matriks seçilebilir. Geçici bağlayıcı ile imalatta büyük bir silindir kalıp

üzerindeki folyo matriks üzerine elyaf helisel olarak sıkıca sarılır. Daha sonra bağlayıcı fırça

ile veya püskürterek kaplanır. Bağlayıcı kuruyunca, elyaf ve folyo kırılarak “monotape” elde

edilir. Sırt folyosu kompozit içerisinde kullanılmayacak ise sökülür. Monotape istenen boyuta

kesilerek istenen oryantasyon sağlayacak katlar dizilir ve kalıba yerleştirilir.

Sıcak preste malzeme etrafına vakum uygulanarak ve uygulanan bağlayıcı gazlaşınca sıcaklık

ve basınç arttırılarak metal akışı sağlanır. Fiber türüne göre sıcaklık eriyinceye kadar

tamamen katı halde olacak şekilde seçilir. Metal matriks akarak elyaf arasındaki boşluğu

doldurur, bitişikteki folyo ile birleşir ve difüzyon bağı oluşturur. Basınç kaldırılır ve soğuyan

parça kalıptan çıkarılır.

Dokunmuş elyaf ve folyo matrikste bağlayıcı gerekmez. Elyaf dokunmuş olduğundan, imalat

sırasında elyaf düzeni bozulmayacağından daha karmaşık şekiller imal edilebilir. Basınç

izostatik uygulanabilir. Yani otoklavda sıcak izostatik basınç kabında uygulanabilir. Sıkışma

parçanın her yerinde aynı derecede oluşur. Bu durum özellikle yüksek akma mukavemetli

parçalarda önemlidir. Sıcak pres SİC-Al ve SİC-Ti kompozitlerde başarı ile uygulanmıştır.

www.muhendisce.net

Vakumlu Döküm

Textron firması bu yöntemle takviyeli elyaf ile alüminyumu başarıyla dökmüştür. Hassas

döküm kalıba imal edilip ikiye kesilmiş elyaf preformu elde edilerek kabuk kalıba yerleştirilir

ve kalıp yarıları seramik yapıştırıcı ile yapıştırıldıktan sonra ön ısıtılıp alüminyum dökülür.

Döküm esnasında vakum uygulanarak hava emilir ve sıvı alüminyumun elyafa girişi

kolaylaştırılır. Seramik kabuk hava geçirir fakat alüminyumu geçirmez. Katılaşmadan sonra

kabuk kalıp kırılır ve parça alınır.

Basınçlı Döküm

Süreksiz elyaf ile döküm metoduna benzerdir. Burada da elyaflar arası boşluk katılaşma

sonuna kadar korunmalıdır. En iyi sonuçlar dokunmuş elyaf ile alınır.

Metal Püskürtme

Elyaf bir silindirik boru kalıp üzerine sıkıca sarıldıktan sonra plazma veya tel ark ile metal

elyaf üzerine püskürtülür. Toz metal DC ark veya indüksiyon plazma ile püskürtülür.

İndüksiyonda daha iri tozlar kullanılır ve süre kısalır.

Saflığın önemli olduğu durumlarda Ti alaşımları gibi iri taneler daha fazla empürüte

içerdiğinden bu istenmez. Tel ark püskürtmede, ark matriks malzemesinde iki tel arasında

oluşur. Eriyen alaşım inert bir gazla istenen yüzeye püskürtülür. Al alaşımları hava ortamında

veya soy gazda püskürtülebilirler. Ti alaşımları ve süper alaşımlar kapalı soy gaz ortamında

püskürtülmelidir.

Plazma ve ark püskürtmede elde edilen sıvı metal damlacıkları elyaf üzerine çarptığında

boşlukları doldurur ve düzleştirir. Sonuçta %80 hacim yüzdesi elde edilir. Yüksek

mukavemetli monotape‟nin çıkarılması elastisite modülüne bağlıdır. Ti ve süper alaşımların

kalıptan çıkarılması Al ve Mg alaşımlara nazaran oldukça zordur. Monotape‟ler daha sonra

kesilerek istiflenir. Vakum altında veya HIP ile sıcak pres uygulanır. Şekilde tungsten telle

takviyeli süper alaşım içi boş türbin kanadının imalat kademleri verilmiştir.[7]

Sıvı Metal İnfiltrasyonu

Grafit-Al ve grafit-Mg kompozitler, kaplanmış grafit elyaflarla sıvı metal infiltrasyonu (LMI)

ile imal edilir. Bu işlemde, çok katlı bir grafit ini önce yüzeysel olarak kimyasal

aktivasyon işleminden geçirilir.

Bu işlemde;elyaf yüzeyi 700 C de buhar yoğunlaştırma yolu ile bir Ti borit tabancasıyla

kaplanır. Ti borit için ise Zn buharı ile Titanyum tetra klorür veya bor tetra klorür kullanılır.

Aktif yüzey alüminyum veya magnezgum ile ıslanabilir olduğundan in sıvı metal

banyosundan geçirilerek grafit takviyeli tel elde edilmiş olur(%50 Vg).

Bu işlemde royan esaslı T50 ve T75; PAN esaslı T300, Gy70, HM3000 ve Calion ve pitch

esaslı P55, P100, P120 ve P140 elyaflar kullanılabilir.

1100,A201, 2024, 356, 5083, 5154, ve 6061 Alüminyum alaşımları ile AZ

31, AZ91, ZE41, QE22, E233 magnezyum alaşımları uygun malzemelerdir.

Kaplanmış telin üretiminden sonra, sıcak pres veya pultrusyon metodunda uygulanabilir.

Sıcak preste elyaf geçici bir bağlayıcı ile keçe formuna getirilerek kullanılır. Keçe katları

istenen oryantasyon ve kalınlık sağlanacak şekilde istiflenir. Düşük sıcaklık ve vakum altında

C) bağlayıcı yakıldıktan sonra yüksek sıcaklık ve basınçtaC-425(370 presleme yapılır.

www.muhendisce.net

Çubuk boru CTL profillerinin imalatında pultruzyon metodu kullanılır. kalıp içerisinde ve

basınç birlikte uygulanarak matriks-elyaf arasında difüzyon bağı sağlanır.

6061 Al alaşımı SİC tel preformu (Plazma püskürtme metoduyla elde edilen )SCS-2-

pultruzyonla profil haline getirilir. 3 m uzunluğunda ve 3cm çapında diğer metotla aynı

presleme derecesinde pultruzyon ile imal edilir.

Elektro Kaplama

Grafit-Cukompozitlerde elyafın doğrudan kaplanması ile preform elde edilir. Elektro

kaplanmış elyaflar istenen şekilde flaman sarma ile elde edilip sıcak preste sıkıştırılır. Metal

kaplama 0,5-3 mikronmetre kalınlığındadır. P75,P100,P120,IM-6 grafitleri ile saf bakır

kullanılır. Grafit-Cu kompozitler kontrollü genleşme, yüksek ısıl iletkenlik, yüksek elektrik

iletkenliği, yüksek katılık ve mukavemet özelliklerinin istendiği metal iskeletli devre

kartlarında kullanılmaktadır.

KOMPOZİT MALZEMELERİN DİZAYN VE ÖZELLİKLERİ

Kompozit yapılar , eş yönlü (izotrop) metaller ile mümkün olmayan dizayn serbestliğine yeni

boyutlar açmıştır. Modüller, kalınlaştırma ve kuvvetlendirme, tek bileşenlerde serbestçe

çeşitlendirilebilir. Parçalar, yüksek gerilimli alanlardan gelen yükleri transfer edebilmek için

bölgesel olarak yumuşatılabilir. Geniş, tek parçalı yapılar, bağ yığınlarına ihtiyaç duyulmadan

imal edilebilir. Kompozit malzemeler için dizayn iyi tanımlanmış elastik ve plastik gerilmeler

davranışlarına sahip izotropik metallerden tamamen farklıdır. Yapısal parçalar için, tam hatalı

bölgeler araştırılmalıdır ve kesme gerilmeleri ile iç gerilmelere dikkat edilmelidir. Çünkü bu

yapılardaki gerilmeler, birinci derecede matrise bağlıdır, güçlendirilmiş elyaflara (liflere)

bağlı değildir.

Bileşenler, karbon reçineler veya C-GI reçine bileşenlerinden oluşur ve sık sık da gelişmiş

kompozitler olarak adlandırılan yapraklı yapılardan oluşurlar. Onlar aslında izotropik yarı

izotropik veya fazlaca anizotropik olabileceği gibi, materyal şekline, Lay-up biçimine yada

üretim metotlarına bağlı olabilirler. Bir çok parça, liflerdeki büyük yönelmiş özelliklere

işletmek için anizotnop olarak dizayn edilir.

Karbon, cam veya Kevlar fiberli kompozitler, yapraklı sert yapılar gibi iyi bilenen hale

gelirler. Bunlar yani bu materyaller dizayn esnekliğinde yeni boyutlar sunarlar. Fakat bu

avantajlar beraberinde bazı dizayn problemlerine neden olur.

MALZEME ÖZELLİKLERİ

Sertlik:

Yapısal parçaların dizaynında, fiberle güçlendirilmiş yapılar önem arz eder. Bu kompozit

sistemler uygun nedenlerle birleştirilirler. Örneğin, fiberin bölgesel kompozisyonu kabul

edilerek, boyutlar ile fiber yapısının şekli ve tipi değiştirilerek, bir kompozit parçanın farklı

alanlardaki sertlik değerleri önemli oranda değiştirilir.

www.muhendisce.net

Süneklik:

Çok rijit metallerdeki gibi, karbonla güçlendirilmiş plastiklerde gevrektir. Çünkü karbon

lifleri kırılgandır. Karbon lifli kompozitler bir davranış göstermezler ve darbe dirençleri

oldukça düşüktür.

İletkenlik (Geçirgenlik):

Plastik reçineler içerisine katılan karbon fiberleri, elektrik ve ısı iletkenliğini sağlayan

tertiplere neden olurlar. Elektrik iletkenliği doğru akım için faydalar sağlar. Bu özellik

elektrostatik uygulamalar için bir avantajdır.

Isıl Genleşme:

Bir kompozitin ısıl genleşme katsayısı sadece fiberlerin boyutlarına bağlı değildir. Fakat

matriks metalin ısıl davranışları da önemlidir. Dolayısıyla kompozit malzemelerdeki ısıl

genleşmeleri önlemek için dikkat edilmelidir ve yönler ile boyutlar ilgili tolerans limitlerini

aşmamalıdır. Eğer ki ısıl genleşmeler zarar verici seviyede ise kesintili fiberlerdeki rasgele

yönlenmiş yapı uygun bir çözüm olabilir. Matriks materyaldeki genleşme fiberlerden daha

büyüktür. Isıl genleşmeler bir kompozit malzemede kolayca oluşabilir. Çünkü matriks

reçinedeki elastik genleşmeler, karbon liflerinden daha geniş ve sünektir. Ayrıca indüklenmiş

ısıl gerilmeleri absorbe eder. Ara yüzey bağ kuvveti fiber-matriks boyunca değişmez ve

kompozit malzemenin özelliklerini etkilemez. Bir kompozit malzemenin çalışma sıcaklığının

limitleri, matriks yapısına bağlıdır. Yüksek sıcaklık epoksileri için sıcaklık dağılım birkaç yüz

derece olabilir. Maksimum olarak 350ºF (177ºC)dir.

Eğer gerilmelerin seviyesi 30 kips / inç² (207 Mpa) ve elastisite modülü 5-30*10000000 lb. /

inç² (34,5-2076 pa) olacağı bekleniyorsa, kuvvetlendirilmiş fiberlerin bazıları belirli şekillerde

olmalıdır.

Şekiller ( Morfoljiler ):

Bir parçanın istenilen dizaynında ilk olarak, uygun metaller şekilleri ( formları ) ve üretim

metodlarının anlaşılması gerekir. Kompozit yapılar çok çeşitli şekiller sahip olmalarına

rağmen hepsi, polister, tipik epoksilen, reçine matriskteki uzun fiberlerle meydana gelir.kısa

ve rasgele dağılmış fiberlerde, uzun fiberlerle birlikte bir darbe emici gibi kullanılırlar.

Materyal şekillere belirli fabrikasyon ( üretim) işlemleri ile temin edilir. Şekiller ve işlemler,

karıştırılan kuru fiberler ve reçinelere göre gruplandırılabilirler.

DİZAYN FAKTÖRLERİ

Geçmişte dizayn mühendislerinin yaklaşımı, kompozitlerin yerine geçen yeni parçaların

dizaynı idi. Örneğin, kompozit malzemelerden türbin motorları dizaynında, mevcut bileşenleri

ağırlık ve maliyetin azaltılması gibi bir yol izlenmiştir. Kompozit parça dizaynı, bu nedenle

kompozitler genelde önemli olmayan komşu tesisatlarla uygunluğa zorlanmıştır. Sonuç

olarak, kompozit bileşenler, orijinal motor dizaynında istenmeyen ekstra özellikleri ve

fazlalıkları ihtiva ederler. Dahası, kompozit yapılarının belirli mukavemet özellikleri ve daha

yüksek belirli sertlik gibi tüm avantajların tamamı avantaj olarak alınamaz. Değişen

isteklerden dolayı ortaya çıkan maliyet ve ağırlık, motor dizaynına kompozit malzemeleri

daha az çekici hala getirir.

Kompozitlerin birleştirilmesi ile oluşan yeni motor dizaynında düşük ağırlık ve düşük maliyet

www.muhendisce.net

planlanmıştır. Kompozit malzemeler, gaz-türbin motorlarında yaygın olarak

kullanılmamaktadır. Çünkü motor sistemlerinin doğal yapısı, malzeme yapısındaki

değişmelere karşı aşırı derecede koruyucu tarzda yapılmamıştır. Yani ilerlemiş süpersonik

motorlar, en düşük ağırlıkta, maksimum performansı verecek şekilde dizayn edilmiştir.

Ticari amaçlı jet türbin motorlarında kritik kompozit bileşenler, türbin motor sistemleri ve

askeri alanda kompozitlerin başarılı bir şekilde kullanılmasına dayandırılır. Bir işletimsel jet

motorundaki malzemelerim toplam sıcaklık oranı –65‟den yaklaşık olarak 2200ºF (-54‟ den

1220ºC)‟ye ulaşabilir. Bunlar genellikle uçak motorlarında, fanlarda, bazı durumlarda düşük

basınçta kompresörlerde ve sıhhi tesisatlarda kullanılırlar. Bunlardan 1000ºF (538ºC)‟ de

kullanılabilen Bsc-Ti hariçtir. Bu kompozit malzeme 600ºF (316ºC) „yi geçebilecek giriş

sıcaklıklarında motorlarda daha ileri seviyede kullanılabilir.

Yapısal kompozitler, normal biçimde sertleştirilen fan pervanelerinde çekicidir. Bu durumda

yüksek sertlik, kompozitlerin düşük yoğunluğu, fan veya kompresör veriminin artması,

maliyet ve ağırlığın azalması gibi avantajları kompozitler içerir. Daha da önemlisi, metal

parçalarla mümkün olandan %50 daha yüksek dönme hızı sağlayan kompozit fanlar

yapılabilir.

Motorlardaki yüksek sıcaklıklar genellikle, polimid reçine veya metal (Al ve Ti) gibi

kompozit matrisklerin tipini sınırlar. Güçlendirilmiş, süper alaşımlı fiber yapılardaki gibi yeni

kompozit sistemler, kompresör ve türbinlerde ilave uygulama alanları bulmuştur.

KOMPOZİT MALZEMELERİN MEKANİK DAVRANIŞLARI

Kompozit malzemeler onları daha klasik mühendislik malzemelerinden farklı kılacak birçok

karakteristiklere sahiptir. Çoğu yaygın mühendislik malzemeleri homojen ve izotroptur.

Yapılar ile sıcaklık bağımlı izotropik malzeme özellikleri, bir sıcaklık değişimine

(gradyanına) maruz bırakıldığında homojen değildir. Fakat hala izotropiktir. Kompozit

malzemeler sık sık hem heterojendir ve hem de anizotropiktir. Bazı kompozit malzemeler çok

basit örneğin, yaprak şekilli cam fiberli yapı, üç tabakaya sahiptir ve bunların her biri

homojen ve izotropiktir.

KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

Eş-Deformasyon Hali Kompozitin Elastik Modülünün Bulunması

Yapılan kabuller:

-Fiber matriks ve kompozitin elastik davranış göstermektedir.

-Fiber matriks ara yüzeyi mükemmeldir.

-Fiberler ,uygulanan kuvvete paraleldir.

-Fiberler üniform dağılım göstermektedir.

-Fiberler süreklidir.

Şekil 16 da Eş deformasyon halindeki bir kompozit malzemeye etkiyen kuvvetler

görülmektedir.burada F= Kompozite etkiyen yük, FF = Fiberlere etkiyen yük, FM = Matrikse

etkiyen toplam yük, AK=Kompozitin kesit alanı, AF= Fiberlerin seti alanı ve AM= matriksin

kesit alanıdır.

www.muhendisce.net

Eş deformasyon Halindeki Bir Kompozit Malzemeye Etkiyen Kuvvetler.

Hook Bağıntısı;

F= ζ.A

F=FF +FM

ζK=Kompozitteki gerilme,ηF=Fiberdeki gerilme ve ηM= matristeki gerilme olmak üzere;

ζK * AK = ζ * AF + ζM * AM

ζK * AK * LK = ζF * AF * LF + ζM * AM * LM

ζK x VK = ζF x VF + ζM * VM

ζK = ζF VF / VK + ζM *VM / VK

VF / VK = λF = Fiber Hacim Oranı

VK = VF + VM

VM / VK =λM = Matriks Hacim Oranı

ζK = ζF * λF +ζM * λM (Karışımlar Kuralı)

PK = Kompozitin Yoğunluğu, PF = Fiberin Yoğunluğu ve PM = Matriks yoğunluğu olmak

üzere ;

PK = PF * λF + PM * λM

ψK = Kompozitin elektrik iletkenliği, ψF = Fiberin elektrik iletkenliği ve ψM = Matriksin

elektrik iletkenliği olmak üzere ;

ψK = ψF * λF + ψM * λM (Paralel Yönlü)

KK = Kompozitin dik yönde ısı iletkenliği, KF = Fiberin dik yönde ısı iletkenliği ve KM

=Matriksin dik yönde ısı iletkenliği olmak üzere ;

-KK = KF * λF + KM * λM

-(1/KK) = (1/KF) * λF + (1/KM) * λM

λF + λM = 1 λF = AF / AK λM = AM / AK λM = 1-λF

-ζK = ζF * λF + ζM * (1-λF)

EK = Kompozitin elastik modülü, EF = Fiberin elastik modülü,

EM = Matriksin elastik modülü, εK = Kompozitin şekil değiştirme oranı,

εF =Fiberin şekil değiştirme oranı ve εM = Matriksin şekil değiştirme oranı olmak üzere;

Hooke Bağıntısı : ζ = E * ε

EK * εK = EF * εF + EM * εM

ΔL = Uzama miktarı ve L = Toplam boy olmak üzere;

www.muhendisce.net

ΔLK / LK = ΔLF / LF = ΔLM / LM = Uzama miktarları eşit olacaktır.

ΔLK / LK = εK ; ΔLF / LF = εF ; ΔLM / LM = εM

εK = εF = εM olduğundan dolayı;

EK = EF * λF + EM * (1 - λF)

EK * εK = EF * εF + EM * εM

EŞGERİLME İÇİN KOMPOZİTİN ELASTİK MODÜLÜNÜN BULUNMASI:

Şekildeki eş-gerilme halindeki bir kompozit malzemeye etkiyen kuvvetler görülmektedir.

Burada ; F = FK = FM = FF ve A = AK = AM = AF →

F / A = FK / AK = FM / AM = FF / AF dolayısıyla ζ = ζK= ζM = ζF

F MATRİKS FİBER MATRİKS F

F = FK = FM = FF

Şekil 17: Eş gerilme halindeki bir kompozit malzemeye etkiyen kuvvetler

εK = εF = λF + εM ( 1 – λF )

Hook bağıntısı ; ζ = E * ε → ε = ζ / E

ζK/ EK = λF / EF * λF + ζM / EM * λM

( 1 / EK ) = ( 1 / EF ) * λF + ( 1 / EM ) * λM

KOMPOZİTLERİN POİSSON ORANIN BULUNMASI

Şekil 18 de kompozitin x – y yönünde çekilmesi ile boyutlarında oluşan uzamalar ve

kısalmalar görülmektedir. Bu durumda x- yönünde uzama ve y- yönünde kısalma olmaktadır.

Δh = Kısalma miktarı. ΔL = uzama miktarı. ε1= 1 yönündeki şekil değiştirme ε2=2 yönündeki

şekil değiştirme olmak üzere :

∆hM/2

MATRİKS hM/2

∆hF/2

hF hK

www.muhendisce.net

∆hF/2

hM/2

∆hM/2

LK = LM = LF ∆L / 2 ∆L / 2 1 veya x-ekseni

2 veya y-ekseni

Bir kompozitin x yönünden çekilmesi ile boyutlarında oluşan uzama ve kısalmalar

ε1 = ∆L / L = (∆L / 2 +∆L / 2 ) / L 1 yönündeki uzama

ε2 =∆h / h = (∆h / 2 +∆h / 2 ) / h 2 yönündeki kısalma

1 yönündeki uzama için; 2 yönündeki kısalma için;

∆L = ∆LK = ∆LM = ∆LF ∆h = ∆hK = ∆hM = ∆hF

γ = poisson oranı olmak üzere

γ = ε2 / ε1 = ∆h / h = ∆L / L

matriks için poisson oranı ;

γM = ε2M / ε1M = ( ∆hM / hM ) / ε1M ∆hM =hM * ε1M* γM

fiber için poisson oranı ;

γF = ε2F / ε1F = ( ∆hF / hF ) / ε1F ∆hF = hF * ε1F* γF

kompozit için poisson oranı ;

γK = E2K / ε1K = ( ∆hK / hK ) / ε1K ∆hK = hK * ε1K * γK

hK * ε1K * γK = hF * ε1F * γF + hM * ε1M * γM

∆LK = ∆LM = ∆LF ( 1 yönündeki uzama )

ε1K = ε1F = ε1M

hK * γK = hF * γF + hM+ γM

VF / VK = λF = fiber hacim oranı

VK = VF + VM

VM / VK = VM = matriks hacim oranı

γK = γF * λF + γM * λM

www.muhendisce.net

KOMPOZİTLERİN KAYMA MODÜLÜNÜN BULUNMASI

Şekil 19 „ da bir kompozitin bir kuvvet neticesinde oluşan kayma görülmektir. Burada ; Z =

kayma gerilmesi, δ = kayma şekil değiştirmesi, G = kayma modülü ve θ = kayma açısıdır.

Tan θ = ∆F / hF = δF ∆F = hF * δF = h * λF * δF

Tan θ = ∆M / hM = δM ∆M = hM * δM = h * λM * δM

Kompozit için ; ∆K = hK * δK = h * δ

∆K = ∆M + ∆F h * δ = h * λM* δM + h * λF * δF

δ = λM * δM+ λF * δF

Z

δ

MATRİKS θM MATRİKS

FİBER FİBER ∆M/2

01 FİBER

0

MATRİKS θM MATRİKS

∆F

z ∆M/2

MATRİKS

0M

hM

MATRİKS

∆M

Şekil 20: Bir kompozite kuvvet neticesinde oluşan kayma.

Z = G / δ δ = Z / G ve δK = ZK / GK ; δF = ZF / GF ; δM= ZM / GM

ZK / GK = ( ZF / GF ) * λF + ( ZM / GM ) * λM

ZK = ZF = ZM olduğundan dolayı ;

1 / GK = (1 / GK ) * λF + ( 1 / GM ) λM

GK = ( GM * GF ) / ( GM * λM + GF * λF )