POLİMERİK MALZEMELERİN

MEKANİK DAVRANIŞI

MALZEMELERİN MEKANİK DAVRANIŞI

Yrd. Doç. Dr. Serdar KARAOĞLU

HAZIRLAYAN

HAKAN GÜRBÜZ

91120020494 1

POLİMERİK MALZEME NEDİR?

• BASİT MOLEKÜLLERİN TEKRARLAMASI SONUCU OLUŞURLAR

Etilen: 𝑪𝑯𝟐 = 𝑪𝑯𝟐 Polietilen: (−𝑪𝑯𝟐 − 𝑪𝑯𝟐−)𝒏

Vinilklorür: 𝑪𝑯𝟐 = 𝑪𝑯𝑪𝒍

Polivinilklorür: (−𝑪𝑯𝟐 − 𝑪𝑯𝑪𝒍−)𝒏

• ÇOĞU POLİMER KARBON BAZLIDIR

• KALICI ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLİRLER

• KOLAYLIKLA BİÇİMLENDİRİLEBİLİRLER

2

POLİMERLERİK MALZEMELERİN

MOLEKÜL YAPILARI

• MOLEKÜLER YAPILARINDAKİ KOVALENT BAĞLARIN

YAYILIŞINA GÖRE İKİYE AYIRABİLİRİZ

o LİNEER POLİMERLER

o UZAY AĞI POLİMERLERİ

• BU İKİ YAPI ARASINDA KALAN DİĞER BİR YAPIDA

ELASTOMERLERDİR

3

POLİMERİK MALZEMELERİN

ÇEŞİTLERİ • POLİMERLERİ PLASTİKLER VE KAUÇUKLAR OLARAK

İKİYE AYIRABİLİRİZ

• MOLEKÜLER YAPILARINA GÖRE POLİMERLER ÜÇE AYRILIR o TERMOPLASTİK POLİMERLER

• Polietilen

o TERMOSET POLİMERLER

• Polyester

o ELASTOMERLER

• Polibütadien

• TERMOPLASTİK VE TERMOSETLER PLASTİK ELASTOMERLER İSE KAUÇUK SINIFINDADIR

4

TERMOPLASTİK POLİMERLER

• LİNEER POLİMERLERDİR

• SICAKLIK ARTINCA YUMUŞARLAR

• SOĞUTULUNCA SERTLEŞİRLER

• YENİDEN ISITILDIKLARINDA TEKRAR YUMUŞARLAR

• YÜKSEK SICAKLIKTA PLASTİK ŞEKİL DEĞİŞTİRME

YETENEĞİNE SAHİPTİRLER

5

TERMOSET POLİMERLER

• UZAY AĞI POLİMERLERİDİR

• ISITILDIKLARINDA YUMUŞARLAR

• SOĞUTULDUKLARINDA SERTLEŞİRLER

• YENİDEN ISITILDIKLARINDA TEKRAR YUMUŞAMAZLAR

• YÜKSEK SICAKLIKLARDA KİMYASAL VE YAPISAL ÇÖZÜNME GÖSTERİRLER

• YÜKSEK SICAKLIKLARDA YUMUŞAMAZ VE İŞLENEMEZ

6

ZAMANA BAĞLI ELASTİK DAVRANIŞ

ANELASTİK DAVRANIŞ VE ELASTİK SONRASI ETKİ 7

ZAMANA BAĞLI ELASTİK DAVRANIŞ

• BİR MALZEMEDE ELASTİK BÖLGEDE YAPILAN İŞ İLE

TERMODİNAMİK ÖZELLİKLERDEKİ DEĞİŞİM ARASINDA

BİR BAĞ BULUNUR.

• BU BAĞLANTIYA TERMOELASTİK ETKİ DENİR

• TEK EKSENDE YÜKLEME İÇİN SABİT ENTROPİDE

SICAKLIĞIN DEFORMASYON MİKTARI İLE DEĞİŞİMİ:

8

ZAMANA BAĞLI ELASTİK DAVRANIŞ

9

ZAMANA BAĞLI ELASTİK DAVRANIŞ

10

ZAMANA BAĞLI ELASTİK DAVRANIŞ

11

ZAMANA BAĞLI ELASTİK DAVRANIŞ

• POLİMERİK MALZEMELERDE ANELASTİSİTEYE BAĞ

DÖNMESİ NEM ABSORBSİYONU GİBİ ETKİLER SEBEP

OLUR.

• HİSTERESİS HALKASININ ALANI TERSİNMEZ İŞE BAĞLI

OLUP SERBESTÇE TİTREŞİM YAPAN CİSİMDE

TİTREŞİMLERİ SÖNDÜRMEK İÇİN HARCANIR

• SÖNÜM KAPASİTESİ :

12

ZAMANA BAĞLI ELASTİK DAVRANIŞ

• TİTREŞİM ENERJİSİNİ İÇ ETKİLERLE SÖNDÜREBİLEN BİR

MEKANİZMA DAHA VARDIR.

• İÇ SÜRTÜNME

• İÇ SÜRTÜNME SICAKLIĞA BAĞLI OLUP ELASTİK

MODÜLÜN HIZLA AZALDIĞI SICAKLIK ARALIĞINDA EN

YÜKSEK DEĞERDEDİR.

13

POLİMERLERİN DEFORMASYONU

• POLİMERLERİN ÖZELLİKLERİ SICAKLIĞA BAĞLIDIR

• ERGİMİŞ DURUMDAKİ POLİMERLER AMORF YAPIDADIR

• POLİMER İÇİNDE KRİSTALİT ÇEKİRDEĞİ OLMUŞ İSE

KATILAŞMA SABİT BİR 𝑻𝒎 (ERGİME SICAKLIĞI)

SICAKLIĞINDA VE ANİ HACİM KÜÇÜLMESİ İLE

GERÇEKLEŞİR

• POLİMERİN CAM GEÇİŞ SICAKLIĞI OLARAK İSİMLENDİRİLEN 𝑻𝒄𝒈 SICAKLIĞININ ALTINDA VE

ÜSTÜNDE ÖZELLİKLERİ FARKLIDIR

• ALT SICAKLIKLARDA GEVREK ELASTİKİ ÜSTÜNDE İSE

BÜKÜLEBİLİR LASTİKSİ ÖZELLİKTE BİR KATIDIR

14

POLİMERLERİN DEFORMASYONU

15

POLİMERLERİN DEFORMASYONU

16

POLİMERLERİN DEFORMASYONU

17

POLİMERLERİN DEFORMASYONU

• POLİMERLERİN MUKAVEMETİNE ETKİ

EDEN FAKTÖRLER:

oMOLEKÜLER AĞIRLIK

oKRİSTALLEŞEBİLME

oKARŞILIKLI BAĞLANMA

oZİNCİR DİRENGENLİĞİ

18

MOLEKÜLER AĞIRLIK • MOLEKÜLER AĞIRLIK AZALDIKÇA BİRİM HACİMDEKİ

ZİNCİR UÇLARININ MİKTARI ARTAR

• ZİNCİR UÇLARININ GERİLME ALTINDA KAYMASI

NEDENİYLE MUKAVEMETE ETKİSİ YOKTUR

• BU NEDENLE ZİNCİR UÇLARI YOĞUNLUĞU ARTTIKÇA

MUKAVEMET AZALIR

• MUKAVEMETİN AZALMASI 𝑻𝑪𝑮 VE 𝑻𝒎 SICAKLIK

ARALIĞINDAYÜK TAŞIMA KAPASİTESİNİN

AZALMASINA VE 𝑻𝒎 SICAKLIĞININ ÜSTÜNDE SIVI

VİSKOZİTESİNİN AZALMASINA SEBEP OLUR

19

MOLEKÜLER AĞIRLIK

20

KRİSTALLEŞEBİLME

• KISMEN KRİSTALİZE OLMUŞ POLİMERLER AMORF YAPIDAKİ POLİMERLERDEN DAHA YÜKSEK MUKAVEMETE SAHİPTİRLER

• YÜKSEK MUKAVEMETİN SEBEBİ ZİNCİRLER ARASINDAKİ BAĞLARIN DÜZENLİ OLMASINDAN KAYNAKLANIR

• KRİSTALİN POLİMERLER YAPILARINDAKİ ZİNCİRLERİN SIKI BAĞLI OLMASINDAN DOLAYI AMORF POLİMERLER GİBİ BÜYÜK ORANDA ELASTİK DEFORMASYONA UĞRAYAMAZLAR

21

KRİSTALLEŞEBİLME

22

KRİSTALLEŞEBİLME

23

KARŞILIKLI BAĞLANMA

• POLİMER ZİNCİRLERİ ARASINDA KUVVETLİ KOVALENT

BAĞLARIN OLUŞMASI HALİNDE KARŞILIKLI

BAĞLANMA SÖZ KONUSUDUR

• KARŞILIKLI BAĞLANMA MUKAVEMETİ ARTTIRIR VE

DİĞER FİZİKSEL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ DEĞİŞTİRİR

• KARŞILIKLI BAĞLANMAYA EK OLARAK DALLANMADA

ZİNCİRLERİN BİRBİRİ ÜZERİNDE KAYMASINI

ENGELLEDİĞİ İÇİN MUKAVEMETİ ARTTIRIR

• SERT LASTİK TERMOSET REÇİNELERİ POLİESTERLER

POLİÜRETANLAR VE FENOLFORMALDEHİTLER BUNLARA

ÖRNEK OLARAK VERİLEBİLİR

24

KARŞILIKLI BAĞLANMA

25

ZİNCİR DİRENGENLİĞİ • DİRENGEN ZİNCİRE SAHİP SAHİP POLİMERLER

YUMUŞAK BÜKÜLEBİLİR ZİNCİRLİ POLİMERLERDEN

DAHA DAYANIKLIDIR

• POLİMER ZİNCİRLERİ İRİ KENARLI ATOM GRUPLARINI

ZİNCİRE ASARAK EĞİLMEYİ ÖNLEMEK SURETİYLE

SERTLEŞTİRİLİRLER

• BU YÖNTEMİN DEZAVANTAJI BU POLİMERLER

GENELLİKLE AMORF VE AÇIK YAPIYA SAHİPTİR

• BU NEDENLE BAZI ÇÖZELTİLER KOLAYLIKLA

ÇÖZÜLMEYE VEYA ŞİŞMEYE SEBEP OLABİLİR

26

AKMA DÜŞMESİ • POLİMERLERDE AKMA DÜŞMESİ BOYUN VERMİŞ

BÖLGENİN NUMUNE BOYUNCA İLERLEMESİNDEN

KAYNAKLANMAKTADIR

• KRİSTALİN POLİMERLERDE AKMA NOKTASINDAN

DAHA BÜYÜK GERİLME SEVİYELERİNDE METALİK

MALZEMELERDEKİ GİBİ DEFORMASYON SERTLEŞMESİ

NEDENİYLE MUKAVEMET ARTIŞI OLUR

• BU MUKAVEMET ARTIŞI POLİMER ZİNCİRLERİNİN

DEFORMASYON YÖNÜNDE UZANMALARINABAĞLI

OLARAK POLİMERİN KRİSTALLEŞME DERECESİ

ARTIŞINDAN KAYNAKLANIR

27

AKMA DÜŞMESİ

28

AKMA DÜŞMESİ • POLİMERLERİN GERİLME-BİRİM ŞEKİL DEĞİŞTİRME

EĞRİLERİ METALLERE NAZARAN SICAKLIĞA VE

DEFORMASYON HIZINA DAHA DUYARLIDIR

• BUNA POLİMERLERİN METALLERDEN DAHA DÜZENSİZ

YAPIDA OLMALARI SEPEB OLMAKTADIR

29

POLİMERLERİN SÜRÜNMESİ

• SABİT YÜK VEYA GERİLME ALTINDAKİ MALZEMELERDE

ZAMANLA MEYDANA GELEN PLASTİK

DEFORMASYONA SÜRÜNME DENİR

• POLİMERİK MALZEMELERDE SÜRÜNME OLAYI ODA

SICAKLIĞINDADA GÖRÜLÜR

• BU NEDENLE SÜRÜNME POLİMERİK MALZEMELERDE

ÖNEMLİ BİR DİZAYN PROBLEMİDİR

30

POLİMERLERİN SÜRÜNMESİ

• VİSKOZ AKIŞ BİR ÇEŞİT SÜRÜNME OLUP KARARLI

SÜRÜNME HIZI GERİLME İLE DOĞRUSAL SICAKLIK İLE

EKSPONANSİYEL OLARAK ARTAR

• BURADA A MALZEME SABİTİ Q VİSKOZ AKIŞ İÇİN

AKTİVASYON ENERJİSİDİR R İSE GAZ SABİTİDİR

31

POLİMERLERİN SÜRÜNMESİ

• POLİMERLER NE BASİT ELASTİK KATI NE DE VİSKOZ SIVI

OLDUKLARI CAM GEÇİŞ SICAKLIĞI CİVARINDAKİ

SICAKLIK ARALIĞINDA KULLANILDIKLARINDA

VİSKOELASTİK KATIDIRLAR

• EĞER ELASTİK DAVRANIŞ BİR YAYLA VE VİSKOZ

DAVRANIŞ BİR SÖNÜM ELEMANI İLE GÖSTERİLİRSE

VİSKOELASTİSİTE YAY VE SÖNÜM ELEMANI ÇİFTİ

OLARAK MODELLENEBİLİR

• GERÇEK POLİMERLER İÇİN YAY VE SÖNÜM

ELEMANINDAN OLUŞAN SİSTEM DAHA KARMAŞIKTIR

32

POLİMERLERİN SÜRÜNMESİ

33

POLİMER SEÇİMİ • POLİMERLERİN CAM GEÇİŞ SICAKLIĞI ARTAN

KARŞILIKLI BAĞLANMA İLE ARTAR

• BU NEDENLE KARŞILIKLI BAĞLANMANIN FAZLA

OLDUĞU POLİMERLER ODA SICAKLIĞINDA

SÜRÜNMEYE KARŞI DAHA DİRENÇLİDİR

• CAM GEÇİŞ SICAKLIĞININ ÜZERİNDE VİSKOZİTE

MOLEKÜLER AĞIRLIKLA ARTTIĞINDAN MOLEKÜLER

AĞIRLIĞI YÜKSEK OLAN POLİMERLERİN SÜRÜNME HIZI

DAHA DÜŞÜKTÜR

• KRİSTALİN POLİMERLERDE AMORF POLİMERLERE

KIYASLA SÜRÜNMEYE DAHA DİRENÇLİDİRLER

34

POLİMERLERİN KIRILMA VE TOKLUK ÖZELLİKLERİ

• KIRILMA MEKANİĞİNDEKİ BAĞINTILAR GEVREK

OLARAK KIRILAN POLİMERLER İÇİNDE GEÇERLİDİR

• GEVREK CAMSI AMORF POLİMERLERİN TOKLUĞU

LASTİK PARTİKÜLLERİN DİSPERSİYONU İLE

ARTTIRILABİLİR

• TOKLUK ARTIŞI LASTİK PARTİKÜLLERİNİN CAMSI

POLİMER MATRİSİ İÇİNE ÇOK İYİ YAPIŞMASINDAN

KAYNAKLANMAKTADIR

• AMORF POLİMERLERİN KULLANIMINDAKİ SIKINTI İSE

ÇÖZELTİ ETKİSİYLE ZİNCİR YÖNLENMESİ VEYA

ÇATLAMADIR

35

POLİMERLERİN KIRILMA VE TOKLUK ÖZELLİKLERİ

• CAM GEÇİŞ SICAKLIĞININ ÜZERİNDEKİ

SICAKLIKLARDA AMORF POLİMERLERİN TOKLUĞU

UZAMANIN ÇOK AZ OLMASINA RAĞMEN

MUKAVEMETİN AZ OLMASINDAN DOLAYI ORTA

SEVİYELERDEDİR

• FİBER TAKVİYESİ ÇATLAK DURDURUCU VE KIRILMA

İŞLEMİNDE ENERJİ ABSORBLAYICI ARAYÜZEYLER

MEYDANA GETİRİR

• AMORF YAPIDAKİ POLİMERLERE CAM FİBERLERİN

VEYA SENTETİK FİBERLERİN EKLENMESİ İLE TOKLUKTA

ÖNEMLİ ARTIŞ SAĞLANIR

36

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER

37