Kompozit Malzemeler Ve Mekanik Ozellikleri

8/7/2019 Kompozit Malzemeler Ve Mekanik Ozellikleri

1/56

T.C.

SLEYMAN DEMREL NVERSTES

MHENDSLK MMARLIK FAKLTES

MAKNA MHENDSL BLM

KONU

KOMPOZT MALZEMELERVE

MEKANK ZELLKLER

i

BTRME DEV

VOLKAN KAZAN9821002028

DANIMANYrd. Do. Dr. . Ylmaz GVEN

MAKNA MHENDSL BLM

ISPARTA 2002


2/56

NSZ

Malzemenin tarih iindeki geliim, deiim ve eitlenme sreci incelendiinde, saf

ve doal malzemenin kullanmdaki paynn zamanla gitgide azald, buna karlk gelien

teknolojiyle birlikte, birden fazla malzemenin deiik tekniklerle bir araya getirildii,

amaca uygun zelikler tayan, bir anlamda kompozit malzemenin gitgide artt,

yaygnlat aka grlmektedir.

Kompazit malzeme konusundaki bu alma yalnz makine mhendislii alanndaki

kullanm ve uygulamalaryla ele alnmtr.

Bu almada kompozit malzeme konusuna nce genel bir giri yaplm, bu konu

tarihsel ynyle zet olarak ele alnm, daha sonra kompozitlerin balca trleri, bunlarn

genel zellikleri, retimleri ve kullanmlar zerinde ana halleriyle durulmutur.

Ayrca bu almada katklarndan dolay deerli hocam Yrd. Do. Dr. evki

Ylmaz GVENe teekkrlerimi sunarm.

Anneme ve Babama

Sayglarmla.

Volkan KAZAN

i


3/56

NDEKLER

NSZ ................................................................................................................................... iNDEKLER ............................................................................................................... iiEKLLER VE ZELGELER LSTES .......................................................................iii

BLM 1 .................................................................................................................... 11.1.Giri ..............................................................................................................................11.2. Tarihe .........................................................................................................................11.3. Kompozit Malzemelerin Genel zellikleri .................................................................21.4 Kompozit retiminde Kullanlan Malzemeler .............................................................3

1.4.1. Matris Malzemeleri .............................................................................................. 31.4.1.1. Epoksi Reine Matrisler ................................................................................51.4.1.2. Polyester Reine Matrisler ............................................................................ 51.4.1.3. Vinylester Reine Matrisler ...........................................................................61.4.1.4. Fenolik Reine Matrisler ...............................................................................61.4.1.5. Silikon Reineler ...........................................................................................6

1.4.1.6. Metal Matrisler ..............................................................................................61.4.2. Elyaflar ..............................................................................................................71.4.2.1. Cam Lifleri ....................................................................................................8

1.4.2. Elyaflar .................................................................................................................81.4.2.1.Cam Lifleri ....................................................................................................91.4.2.2. Asbest Lifleri .............................................................................................. 111.4.2.3. elik Teller .................................................................................................. 111.4.2.4. Karbon Lifleri ............................................................................................. 121.4.2.5. Aromid Lifler ............................................................................................ 121.4.2.6. Bor Lifleri .................................................................................................. 121.4.2.7. Silisyum Karbr Lifleri .............................................................................. 13

1.5. Kompozit Malzemelirinin Snflandrlmas ve zellikleri ......................................131.5.1. Elyafl Kompozitler ............................................................................................ 141.5.2. Parackl Kompozitler ....................................................................................... 151.5.3.Tabakal Kompozitler .......................................................................................... 15

1.5.3.1.Tabakal Kompozitlerin rnekleri ve Uygulamalar ....................................151.5.4. leri Kompozitler ............................................................................................... 17Malzeme ....................................................................................................................... 17

BLM 2 ...................................................................................................................... 192.1.Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemelerinin retim Yntemleri ............................... 19

2.1.1. Elyaf Sarma ....................................................................................................... 19

2.1.2. Ak Kalp Yntemleri .................................................................................... 202.1.3. ekme Yntemi .................................................................................................222.1.4. Presleme ............................................................................................................. 232.1.5. Dkm Yntemi ................................................................................................ 242.1.6. Sinterleme ...........................................................................................................242.1.7. Laminasyon ....................................................................................................... 242.1.8. Sandvi Kompozitler .......................................................................................... 25

2.2. Tabakal Kompozit Malzemelerin retim Yntemleri ............................................ 27BLM. 3 ......................................................................................................................... 293.1. Kompozit Malzeme Kullanmnda Tasarm Esaslar ................................................ 29

3.1.1.Ykleme Durumu ............................................................................................... 29

3.1.1.1. Isl ve Elektriksel Ykleme ........................................................................ 303.1.1.2. Yorulma, arpma ve Tokluk ....................................................................... 31

ii


4/56


5/56

ekil 3.1.1. eitli alarda takviye edilmi cam-epoksi kompozitten yaplm delik iindenekme kuvvetine maruz bir elemanda gerilme dalm ...................................................... 30ekil . 3.1.1.2.A. kompozit Malzemelerde atlak Oluum ve lerleme ekilleri .......... ....31ekil. 3.1.1.2. B. Kompozitlerin ekme-uzama diyagram .................................................. 32Tablo 3.1.1.3 Otomotiv Endstrisinde Kullanlan Baz Malzemelerin Karlatrlmas . . .33

ekil 3.1.2 a) Yekpare olarak imal edilmi otomobil tahrik aft b) Kompozitlerinmatkapla delinmesi sonucu oluan hasarlar ..................................................................... 34ekil 3.1.2.c. Yaptrma ekilleri ........................................................................................ 35ekil 3.1.2.d kompozit yapya rulman montaj .................................................................... 35ekil 3.1.3.a.Dizaynda kullanlan karlatrma parametrelerinin eldesi ............................. 36ekil 3.1.3.b eitli Malzemeler in Hesaplanm Karlatrma Parametreleri ................37izelge 4.l. Uak malzemelerinin mekanik zellikleri (Tetlovv, 1983; Reindi, 1987) .. .. ..42ekil 4. l Uak malzemelerinin kullanm oranlarnn yllara gre deiimi ...................... 43izelge 4.2 leri kompozitlerle uak eleman baznda salanan arlk kazanlar ............45

iv


6/56

v


7/56

BLM 1

1.1.Giri

Kompozit malzeme, belirli bir amaca ynelik olarak, en az iki farkl

malzemenin bir araya getirilmesiyle meydana gelen malzeme gurubudur. boyutlu

nitelikteki bu bir araya getirmede ama, bileenlerin hi birinde tek bana mevcut

olmayan bir zelliin elde edilmesidir. Dier bir deyile, amalanan dorultuda

bileenlerin daha stn zelliklere sahip bir malzeme retilmesi hedeflenmektedir.

Kompozit malzemede genelde drt koul aranmaktadr:

- nsan yaps olmamas, dolaysyla doal bir malzeme olmas,

- Kimyasal bileimleri birbirinden farkl belirli ara yzeylerle ayrlm en az iki

malzemenin bir araya getirilmi olmas,

- Farkl malzemenin boyutlu olarak bir araya getirilmi olmas,

- Bileenlerin hi birinin tek bana sahip olmad zellikleri tamas.

Buna gre malzeme, mikroskobik adan heterojen bir malzeme zellii

gstermekte, ancak makroskobik adan homojen bir malzeme gibi davranmaktadr.

1.2. Tarihe

Gnmzde gemi yapmndan bina yapmna, ev aletleri retiminden uzay

teknolojisine kadar hemen hemen her alanda ok yaygn bir kullanm bulunan

kompozit malzemenin retimi son birka yz yla mal edilmi gibi grlse de ilk

rnekleri ok eskilere dayanmaktadr. Kompozit malzeme kavramnn ortaya atlmas ve

konunun bir mhendislik konusu olarak ele alnmas ancak 1940l yllarn banda

gereklemitir.

ok bileenli malzemenin ilk rnekleri, doada bulunan malzemeye yaplan

mdahalelerle onun kullanlr hale getirilmeye baland aamadr.

lk alardan beri insanlar krlgan malzemelerin iine bitkisel veya hayvansal

lifler koyarak bu krlganlk zelliinin giderilmesine almlard. Bu konularda en iyi

rneklerden biri kerpi malzemedir. Kerpi retiminde killi amur iine katlan saman,

sarmak dallar gibi sap ve lifler, malzemenin gerek retim, gerek kullanm srasndaki

dayanmn artrmaktadr.

1


8/56

te yandan, gnmzde kompozit malzemenin donatlmasnda yaygn olarak

kullanlan liflerle ilgili uygulamann da ok yeni olmad eldeki bulgulardan

anlalmaktadr. rnein cam liflerinin retimi, eski Msra kadar tarihlendirilmektedir.

Daha M. 1600 yllarnda Msrda ince cam liflerinin yapmnn bilindii, XVIII.

Hanedan devrinden kalan, eitli karanlk ve renkte cam lifleriyle bezenmi amforalarn

mevcudiyetinden anlalmaktadr.

Cam liflerinin sanayide kullanmyla ilgili ilk kayt, 1877 tarihlidir. Hidrolik

balayclar ve elyaf malzeme kullanlarak yapay ta plakalarn retilmesi yntemi

hakknda bu yz yln banda alnm patentlere rastlanmaktadr. Gnlk

uygulamalarda en yaygn kullanm olana bulmu olan liflerle donatlm kompozit

malzemelerden ikisi, asbest lifleriyle donatl kompozit malzemeler ve cam lifleriyle

donatl polyester kompozitlerdir. lk kez ince levha yapmnda kullanlan imento ve

asbest kompozitleri yllar boyu nemini koruyarak bu gn hala kullanlan bir malzeme

olma zelliini srdrmektedir.

te yandan, liflerle donatl sentetik reineler 1950li yllarn ortalarndan

itibaren endstride kullanlmaya balanmtr. Bu malzemenin en tannm grubunu

cam lifi donatl polyester reinesi kompoziti oluturmaktadr. lkemizde fiberglas

diye tannan bu malzeme 1960l yllarn bandan itibaren Trkiyede sv depolar, at

levhalar, kk boyda deniz teknelerinin yapm gibi alanlarda kullanlmtr.

lkemizde seri retimi yaplm ilk yerli otomobil olan Anadolun kaportas bu

malzemeden retilmitir.

Cam lifleriyle donatl sentetik reine motrisli malzemeler iin dilimizde Cam

Takviyeli Plastik (CTP) ad yerlemitir. Cam takviyeli plastiklerin retiminde, en ok

kullanlan malzeme olan polyesterin yan sra, gnmzde, dier termoset ve

termoplastik reinelerde kullanlmaktadr.

1.3. Kompozit Malzemelerin Genel zellikleri

Uygulamada, kompozit malzeme retiminde genellik aadaki zelliklerden

birinin veya bir kann gelitirilmesi amalanmaktadr. Bu zelliklerin balcalar,

- Mekanik dayanm, basn, ekme, eilme, arpma dayanm,

- Yorulma dayanm, anma direnci,

2


9/56

- Korozyon direnci,

- Krlma tokluu,

- Yksek scakla dayankllk,

- Is iletkenlii veya sl diren,

- Elektrik iletkenlii veya elektriksel diren,

- Akustik iletkenlik, ses tutuculuu veya ses yutuculuu,

- Rijitlik,

- Arlk,

- Grnm,

ve benzeni zellikler eklinde sralanabilir. Ayrca zellikle dolayl olarak malzemenin

birim maliyeti de drlmektedir.

Bu amaca ynelik olarak kompozit malzeme retiminde farkl yntemler

kullanlmaktadr. Hepsinde deimeyen temel ilke, bileenlerin zayf ynlerinin ama

dorultusunda iyiletirilerek daha nitelikli bir yapnn elde edilmesidir. Bir kompozitin

yapsnda genelde motris olarak kabul edilen srekli bir foz ile onun iinde daldeiik zelliklere sahip donat fazndan meydana gelmektedir.

1.4 Kompozit retiminde Kullanlan Malzemeler

1.4.1. Matris Malzemeleri

Kompozit yaplarda matrisin temel fonksiyonu vardr. Bunlar, elyaflar bir

arada tutmak, yk elyaflara datmak ve elyaflar evresel etkilerden korumaktr. deal

bir matris malzemesi balangta dk viskoziteli bir yapda iken daha sonra elyaflar

salam ve uygun ekilde evreleyebilecek kat forma kolaylkla geebilmelidir.

Kompozit yaplarda yk tayan elyaflarn fonksiyonlarn yerine getirmeleri

asndan matrisin mekanik zelliklerinin rol ok byktr. rnein matris malzemesi

olmakszn bir elyaf demeti dnldnde yk bir yada birka elyaf tarafndan

tanacaktr. Matrisin varl ise ykn tm elyaflara eit dalmn salayacaktr.

Kesme yk altndaki bir gerilmeye dayanm, elyaflarla matris arasnda iyi bir yapma

ve matrisin yksek kesme mukavemeti zelliklerini gsterir.

3


10/56

Elyaf ynlenmelerine dik dorultuda, matrisin mekanik zellikleri ve elyaf ile

matris arasndaki ba kuvvetleri, kompozit yapnn mukavemetini belirleyici nemli

hususlardr. Matris elyafa gre zayf ve daha esnektir. Bu zellik kompozit yaplarn

tasarmnda dikkat edilmesi gereken bir husustur.

Matrisin kesme mukavemeti ve matris ile elyaf aras ba kuvvetleri ok yksek

ise elyaf yada matriste oluacak bir atlan yn deitirmeksizin ilerlemesi

mmkndr. Bu durumda kompozit gevrek bir malzeme gibi davrandndan kopma

yzeyi temiz ve parlak bir yap gsterir. Eer ba mukavemeti ok dkse, elyaflar

boluktaki bir elyaf demeti gibi davranr. Ve kompozit zayflar. Orta seviyede bir ba

mukavemetinde ise, elyaf veya matristen balayan enlemesine doru bir atlak

elyaf/matris ara yzeyine dnp elyaf dorultusunda ilerleyebilir. Bu durumda

kompozit snek malzemelerin kopmas gibi lifli bir yzey sergiler.

Kompozit malzemelerin retiminde kullanlan matris malzeme tipleri epoksi,

polyester, vinylester ve fenolik reinelerdir. Yksek mukavemet gstermeyen

durumlarda en ok kullanlan en ok kullanlan matris malzemesi polyester reinesidir.

Gelimi kompozitlerin retiminde ise genellikle epoksi reinesi kullanlmaktadr.

Matris iyiletirmesi almalar zellikle yksek scaklkta kullanma uygun ve dk

nem duyarllna sahip yaplarn retilmesi dorultusundadr. izelge 1.4.1de baz

matris malzemelerin nemli zellikleri verilmitir.

izelge 1.4.1. Baz matris malzemelerin zellikleri

4


11/56

1.4.1.1. Epoksi Reine Matrisler

Epoksiler iki yadad daha fazla epoksit ieren bileenlerden oluurlar.

Polifenoln epikloridin ile bazik artlarda reoksiyonu sonucu elde edilirler. Eposilere

uygulanan kr ilemleri ile yksek scaklklara dayanm 150-200 a artrlabilir.

Bzlmesi %2den azdr.

Avantajlar:

1. Kapma mukavemetleri yksektir.

2. Elyaf yaplarda yksek ba mukavemeti salarlar.

3. Yksek anma direncine sahiptirler.

4. Uucu deildirler ve kimyasal direnleri yksektir.

5. Dk ve yksek scaklarda sertleebilme zelliine sahiptirler.

Dezavantajlar:

1. Polyesterle kartrldnda pahaldrlar.

2. Polyestere oranla yksek viskoziteye daha az uygundur.

Epoksiler avantajlarnn okluu ve tm elyaf malzemelerde kullanlabilme

nedeniyle, uak yapsnda da yaygn bir kullanm alanna sahiptirler. Genellikle karbon

elyaflarla birlikte kullanlrlar.

1.4.1.2. Polyester Reine Matrisler

Polyester matrisler dibazik asitlerin, dihidrik alkoller (glikol) yada dihidrik

fenollerle karmnn youmas ile ekil alrlar. Polyesterlerin ana tipleri polyester

bileeninin doymu asitle yada alternatif malzeme olarak glikolle modifikasyonu

temeline dayanr. Ayrca kr ilemi ile matrisin esneklii iyiletirilerek kopma gerilmesi

arttrlabilir.

Avantajlar:

1. Takviyelerin nemini dar kolayca atabilmesini salayan dk vikozite.

2. Dk maliyet

3. yi evresel dayanm

5


12/56

1.4.1.3. Vinylester Reine Matrisler

Polyester benzerler. En nemli avantajlar elyaf ve matris arasnda iyiletirilmi

bir ba mukavemetine sahip olmaldr. Polyesterle glikoln bir ksmnn yerine

doymam hidrosilik bileenlerin kullanlmas ile elde edilirler. Korozif ortamlardaki

kullanmlar iin donatl plastik bileenlerin retiminde yararlanlmaktadr. Bu

polimerler kimyasal dayanm gerektiren kimya tesislerinde, borularda ve depolama

tanklarnda kullanlmaktadr.

1.4.1.4. Fenolik Reine Matrisler

Bu yzyln bandan beri yaklak yz yldr kullanlmaktadr. Sertleme, s

enerjisiyle gereklemekte, laminant ve kalplama iin basn gerekmektedir. Fenolikreinelerin s stabiliteleri, elektrik zellikleri, suya ve alkaliler dndaki kimyasal

maddelere dayanmlar ok iyidir. Bu reineler 300 ye kadar srekli, asbest lifleriyle

donatlmalar halinde ise kisa sreli olarak 1000 ye kadar kullanlabilmektedirler.

1.4.1.5. Silikon Reineler

Silikon reineler, dierlerinden farkl olarak yaplarnda karbon yerine

inorganik esasl silikonlar bulunan malzemelerdir. Mekanik ve elektriksel zelliklerini

ok az deiikliklerle 250 C0ye kadar koruyabilen silikon esasl reinelerin

kullanmlar, mekanik dayanmlarnn dier reinelere gre daha dk ve maliyetinin

de genelde daha yksek olmas nedeniyle kstldr. Spersonik arabalarda kullanlrlar.

1.4.1.6. Metal Matrisler

Kompiziti srekli bir arada tutan ve bu btnlk iinde lifle birlikte

malzemenin zelliklerini belirleyen matris malzemesi olarak metaller, tayclk

asndan, zellikle polimer matris malzemesine kyasla yksek dayanma sahiptirler.retimleri zor olup maliyeti yksek olmasna karn, metal matris malzemesi

kompizitin tokluunu nemli lde arttrmakta ve yksek scaklk etkisindeki

uygulamalara olanak vermektedir. Metallerin matris malzemesi olarak kullanlmas,

yine metal olan birok ince liflerin retimiyle balamtr.

Kompizit retiminde metal matris malzemesi olarak, bakr alminyum, titan,

nikel, gm gibi metaller bata gelmektedir. Matris malzemesi erimi halde, molekler

yapda, levha veya ince tabaka eklinde olabilmekte ve kullanlan retim teknolojisine

6


13/56

bal olarak dkme, kartrma, presleme, elektroliz yoluyla kaplama, haddeleme

yntemleriyle liflerle birletirilmektedir. Bu birlemede kullanlacak yksek dayanml

lif tel ve kllarn zedelenmemesi, tahrip olmamas salanmaldr. Metal matris iinde en

kolay kullanlabilen elyaf bor ve borsic elyaftr. Bu kompozit malzeme 300 C0scakla

kadar oda scaklnda zelliini korumaktadr. Burada kompizitin retimi 450-500

C0scaklkta, scak presleme yntemiyle yaplr.

1.4.2. Elyaflar

Matris malzeme ierisinde yer alan elyaf takviyeler kompizit yapnn temel

mukavemet elemanlardr. Dk younluklarnn yan sra yksek elastik modle ve

sertlie sahip olan elyaflar kimyasal korozyona da direnlidirler.Gnmzde kompizitlerin donatlmasnda boyutsal ve ekilsel zellikleri ok

farkl lifler (elyaflar) kullanlmaktadr. rnein, cam lifleri gibi lifler retim srasnda

demetler halinde hazrlanmaktadr.

Kompizitlerin donatlmasnda kullanlan lifler, E-Modl deerleri, kullanlan

matris malzemesinin E- modl ile kyaslanarak, matristen daha dk yada yksek E-

modl deerine sahip lifler olmak zere iki ana grupta toplanabilir. Ancak,

kompozitlerin zellikleri iinde nemli olan bu ayrm sabit matris malzemesi iin anlam

tamaktadr.

Teller, mili metrik boyutta metal malzemelerdir. aplar dier donat

malzemelerine kyasla daha byk olup, genellikle beton ve harlarn donatlmasnda

kullanlr.

Dilimizde lif kelimesinin oulu olan elyaf kelimesi daha yaygn olarak

kullanlmaktadr. Liflerin ap ortalama 0,01 mm. mertebesindedir. Narinlik oran

10000e kadar kabilmektedir. (L/d104). Lifler deiik kaynaklardan elde edilmekte

ve deiik zellikleriyle byk eitlilik gstermektedir.

Kllar donatda kullanlan en ince malzemelerdir. Bunlar, buhar

younlamasyla bytlen deiik ekillerdeki tek kristaller olup, aplar birka

mikron, boylar birka mm. kadardr.

7


14/56

Buharla bytlen bu kllarn genelde yapsal hatalar olmamaktadr.

Dolaysyla dislokasyon iermeyen bu cisimlerin dayanm, normal boyutlardakine

oranla yaklak olarak yaklak bin kat kadar olabilmektedir.

stn zellilere karn, yapm yntemi nedeniyle kllarla donatl kompizitlerin

retimi son derece snrl kalmaktadr. Ayrca, kllarn sahip olduklar yksek ekme

dayanm sadece elastik blgededir. Plastik deformasyonunun balamasyla kllarda

dislokasyonlar olumakta ve dayanm dmektedir.

Burada kompizitlerin donatlmasnda kullanlan lif veya malzeme zerinde

durulacak. Srasyla cam lifi, asbest lifi, elik teller ve organik esasl yapay lifler

incelenecektir.1.4.2.1. Cam Lifleri

Cam lifleri veya dier bir deyile cam elyaflar kompizitlerin retiminde en ok

kullanlan donat malzemelerindendir. stn zelliklerinin yan sra, ekonomik bir

donat tr olmas bu sonucu ortaya karmaktadr. eitli matris malzemeleriyle

kullanlm olmasna karlk, temel kullanm alan cam takviyeli plastik (CTP)

endstrisidir. Cam liflerinin ticari anlamda retimi 1930lu yllarda ngilterede

balanm olmasna karlk, bu malzeme plastik malzemenin donatlmasnda 1950lerin

bandan itibaren kullanlamaya balanmtr.

Balangta, cam liflerinin retiminde A- cam veya ak adyla alkali cam

kullanlmtr. Bunu ok az alkali ieren ve ok stn elektriksel ve mekanik zelliklere

sahip bir borsilikat cam olan elektrik dayanml camn, ksa ad ile E- camnn

kullanlmaya balanmas izlemitir.

1.4.2. Elyaflar

Matris malzeme iinde yer alan takviyeler kompozit yann temel mukavemet

elemanlardr. Dk younluklarnn yansra yksek elastik modle ve sertlie sahip

olan elyaflar kimyasal korozyona da direnlidirler.

Gnmzde kompozitlerin donatlmasnda boyutsal ve ekilsel zellikleri ok

farkl lifler (elyaflar) kullanlmaktadr. rnein, com lifleri gibi lifler retim srasnda

demetler halinde hazrlanmaktadrlar.

8


15/56

Kompozitlerin donatlmasnda kullanlan lifler, Emodl deerleri, kullanlan

matris malzemesinin E-Modl ile kyaslanarak, matristen daha dk yada daha

yksek E-Modl deerine sahip lifler olmak zere iki ana grupta toplanabilir. Ancak,

kompozitlerin zellikleri iinde nemli olan bu ayrm sabit matris malzemesi iin anlam

tamaktadr.

Teller milimetrik boyutta metal malzemelerdir. aplar dier donat

malzemelerine kyasla daha byk olup genellikle beton ve harlarn donatlmasnda

kullanlr.

Dilimizde lif kelimesinin oul hali olan elyaf kelimesi daha yaygn olarak

kullanlmaktadr. Lifler tellere gre ok daha narin olan donat malzemesidir. Liflerinap ortalama 0,01 mm mertebesindedir. Narinlik oran 10 000e kadar kabilmektedir.

(L / d 104) lifler deiik kaynaklardan elde edilmekte deiik zellikleriyle byk

eitlilik gstermektedirler.

Kllar donatda kullanlan in ince malzemelerdir. Bunlar, buhar

younlamasyla bytlen deiik ekillerdeki tek kristaller olup, aplar birka

mikron, boylar birka mm kadardr.

Buharla bytlen bu kllarn genelde yapsal hatalar olmamaktadr.

Dolaysyla dislokasyon iermeyen bu cisimlerin dayanm, normal boyutlardakine

oranla yaklak olarak bin kat kadar olabilmektedir.

stn zelliklere karn, yapm ynetim nedeniyle kllar da donatl

kompozitlerin retimi son derece kstl kalmaktadr. Ayrca, kllarn sahip olduklar

yksek ekme dayanm sadece elastik blgededir. Plastik deformasyonun balamasyla

kllarda dislokasyon olumakta ve dayanm dmektedir.

Burada kompozitlerin donatlmasnda kullanlan lif veya tel malzeme zerinde

durulacak. Srasyla cam lifi, asbest lifi, elik teller ve organik esasl yapay lifler

incelenecektir.

1.4.2.1.Cam Lifleri

Cam lifleri veya dier bir deyile cam elyaf kompozitlerin retiminde en ok

kullanlan donat malzemelerindendir. stn zelliklerinin yansra, ekonomik bir

donat tr olmas bu sonucu ortaya karmaktadr. eitli matris malzemeleriyle

9


16/56

kullanlm olmasna karlk, temel kullanm alan cam takviyeli plastik (CTP)

endstrisidir. Cam liflerinin ticari anlamda retimi 1930lu yllarda ngilterede

balanm olmasna karlk, bu malzeme plastik malzemenin donatlmasnda 1950lerin

bandan itibaren kullanlmaya balanmtr.

Balangta cam liflerinin retiminde A-cam veya ak adyla alkali cam

kullanlmtr. Bunu ok az alkali ieren ve ok stn elektriksel ve mekanik zelliklere

sahip bir borsilikat cam olan elektrik dayanml camn, ksa ad ile E camnn

kullanlmaya balanmas izlemitir.

Tablo 1.4.2.1. Cam elyaf retilen eitli camlarn zellikleri

E cam uygulamada en ok yararlanlan donat malzemelerinden biridir.

Yaplan aratrmalar sonucunda eitli matris malzemelerinin deiik amalarda

kullanlmasnda bir ok cam lifi tr gelitirilmitir. Bunlardan S cam, alminyum ve

magnezyum oksit miktar E-camna gre daha yksek olan bir trdr ve mekanik

zellikleri de dierlerinden daha yksektir. zel uygulamalar iin ok yksek mekanik

dayanm zelliine sahip bir dier tr, daha ok Amerika Birleik Devletlerinde

retilen S-camna benzer nitelikler tayan R-camdr. R ve S camlar stn zellikleri

nedeniyle havaclk ve uzay endstrilerinde kullanlmaktadr. Cam liflerinin yapmnda

kullanlan ve zellikle Cam Takviyeli Plastikler iin yzey tlnn retiminde

yararlanlan bir dier tr C camdr. Bu malzeme kimyasal dayanm ok yksek olan

bir cam trdr.

10


17/56

Liflerle donatl kompozitlerin donat malzemesi olarak kullanlan balca cam

trlerinin temel zellikleri, Tablo 1.4.2.1de verilmitir. Cam lifi retiminde kullanlan

camn cinsi, ilem scakl, camn vizkozitesi ve ekme hz gibi etkenler deitirilerek,

farkl aplarda cam lifleri retilmektedir.

1.4.2.2. Asbest Lifleri

Asbest, lifli yapl bir doal mineraldir. Esas magnezyum silikat olan,

yanmazlk zelliine sahip bu maddenin bir ok tr vardr. Bu doal maddeden elde

edilen asbest liflerinin boylar, genel olarak 0,8 mm ile 19-20 mm arasndadr. Asbest

liflerinin en kk ap 0,01 mmye kadar olabilmektedir. Bu liflerin ekme

dayanmnn 3000 N/mm

2

nin zerinde bulunduu belirtilmektedir.Asbest liflerinin kimyasal direnci, zellikle alkali ortama dayanmlar, bunlarn

imento tr balayclarla retilen kompozitlerde ok baarl bir biimde

kullanlabilmesi sonucunu dourmutur.

Asbest liflerinin dayanm yksek tiplerinden bir olan corocidolite veya mavi

asbest, insan sal asndan olumsuz zellikler gsteren bir trdr. Bunlarn ok uzun

sreler solunmasnn veya bu lifikleri tayan havann ulunduu blgelerde yaamann

asbastosis denilen solunum yollar hastalna, akcier kanserine neden olduu ileri

srlmektedir.

Asbest lifleri, bu yzyln balarndan itibaren imento balayc ile teknik

adan baaryla kullanlmaktadr. Asbest lifleri genel olarak levha retiminde %9-12,

basnl boru retiminde %20-30 oranlar arasnda, imento balaycyla birlikte

karmlarda yer almaktadr.

Asbest lifi donatl imento kompozitleri, atmosfer koullarna ve korozyona

dayankl, rmeyen, 400C scaklna kadar dayanm zelliine sahip malzemelerdir.

Ancak malzeme darbe karsnda krlgandr ve genelde krlma ekil deitirme oran

ok dktr.

1.4.2.3. elik Teller

elik teller zellikle beton ve harlarn donatlmasnda kullanlabilmektedir.

Farkl yntemlerle retilen donat telleri, matriste aralarndaki aderansn artrlmas

amacyla deiik biimlerde de yaplmaktadr. Beton donatmnda kullanlan elik teller

11


18/56

souk ekme tel oda scaklnda sl ilemsiz ekilmi, dk karbon oranl teldir.

Teller genellikle suda kolaylkla zlebilen zel bir yaptrcyla birlikte tutturularak

demetler halinde retilmektedir.

1.4.2.4. Karbon Lifleri

Liflerde donatl kompozitlerin retiminde kullanlan nemli bir lif trdr.

1960l yllarn ikinci yarsndan itibaren kullanlmaya balanm olan bu liflerin dk

younluuna karn ekme dayanm ve E modl yksektir. Yksek scaklklara

dayanabilen karbon liflerinin zellikleri, retimdeki son ilem scaklna bal olarak

deiiklik gstermektedir. Uygulamada 6 ila 10 mm arasnda deien aptaki liflerin

1000-1500 adetlik demetlerinden oluan fitil ve abkumalar kullanlmaktadr. stnzelliklerinin yansra on derece pahal olan karbon lifleri, zellikle uzay ve havaclk

endstrisinde yararlanlan bir malzeme niteliindedir. Maliyeti yksektir.

1.4.2.5. Aromid Lifler

Aromid aromatik polyamid in ksaltlm addr. Polyamidler uzun zincirli

polimerlerdir. Aromidin molekler yapsnda alt karbon atomu birbirine hidrojen ile

balanmtr. ki farkl tip aromid mevcuttur. Bunlar kevlar 29 ve kevlar 49dur.

Camdan daha hafif ve daha risit olan bu malzeme, fiyat asndan da cam lifleri dnda

kalan bir ok lif trnden daha ucuzdur.

Yksek scaklkta snme dayanm olduka iyidir. Ayrca korozyon dayanm

olduka iyidir.

Uak yaplarnda, dk basma mukavemetleri nedeniyle karbon elyaflarla

birlikte hibrit kompozit olarak, kumanda yzeylerinde kullanlmaktadr.

1.4.2.6. Bor Lifleri1960l yllarda retilmeye balanan bir malzemedir. Yksek dayanml ve

pahal bir malzeme olan bor lifleri, gnmzde zellikle metal motris elemanlaryla

birlikte metal motris malzemesi olarak kullanlmaktadrlar. Elyaf ap 0,1 mm ile 0,2

mm arasnda olan ve dier bir ok life gre olduka kaln bir lif zellii gsteren

malzeme, yksek ekme mukavemetine ve elastik modle sahiptir. Elastik modl ise

400 Gpadr. bu deer S camnn elastik modlnden 5 kat daha fazladr.

12


19/56

stn mekanik zelliklere sahip bor elyaflar, uak yaplarnda

kullanlmaktadr. Ancak maliyetinin ok fazla olmas nedeniyle yerini karbon elyaflara

brakmtr.

1.4.2.7. Silisyum Karbr Lifleri

Yksek scaklktaki zellikleri bor liflerinden daha iyidir. Silisyum karbr

elyaflar 1370 Cde mukavemetinin sadece %30unu kaybeder. Bor elyaf iin bu 640

C dir.

Bu elyaflar genellikle Titanyum motrisle kullanlrlar. Jet motor paralarnda,

Titanyum, Alminyum, Vonodyum alaml motris ile kullanlrlar.

ekil 1.4.2. Elyaf ve matris malzemelerin gerilme ve uzama diyagramlar

1.5. Kompozit Malzemelirinin Snflandrlmas ve zellikleri

Yaplarnda ok sayda farkl malzeme kullanlabilen kompozitlerin

gruplandrlmasnda kesin snrlar izmek mmkn olmamakla birlikte, yapdaki

malzemelerinin formuna gre bir snflama yapmak mmkndr.

Bu snflama ekil 1.5.de verilmektedir.

13


20/56

a. Elyafl Kompozitlerb. Parackl Kompozitlerc. Tabakal Kompozitler

d. Karma Kompozitler

ekil 1.5.

1.5.1. Elyafl Kompozitler

Bu kompozit tipi ince elyaflarn motris yapda yer almasyla meydana

gelmitir. Elyaflarn matris iindeki yerleimi kompozit yapnn mukavemetini etkileyen

nemli bir unsurdur. Uzun elyaflarn motris iinde birbirlerine paralel ekilde

yerletirilmeleri ile elyaflar dorultusunda yksek mukavemet salanrken, elyaflara dikdorultuda dk mukavemet elde edilir. ki boyutlu yerletirilmi elyaf takviyelerle her

iki ynde de eit mukavemet salanrken, matris yapsnda homojen dalm ksa

elyaflarla ise izotrop bir yap oluturmak mmkndr.

Elyaflarn mukavemeti kompozit yapnn mukavemeti asndan ok nemlidir.

Ayrca, elyaflarn uzunluk/ap oranlar arttka matris tarafndan elyaflara iletilen yk

miktar artmaktadr. Elyaf yapnn hatasz olmas da mukavemet asndan ok

nemlidir.

Kompozit yapnn mukavemetinde nemli olan dier bir unsur ise elyaf matris

arasndaki ban yapsdr. Matris yapda boluklar sz konusu ise elyaflarla temas

azalacaktr. Nem obsorbsiyonu da elyaf ile matris arasndaki ba bozan olumsuz bir

zelliktir.

14


21/56


22/56

paracklarnn ayrlmasn nler. Katmanlar, motorlarda, yaltm iin dililerde,

baslm devre katlarnda kullanlmaktadr. Yaptrc katmanlar, mkemmel hafiflik,

alevlenmeyi geciktirici darbe dayanm, korozyon direnci, kolay ekillendirme ve

ileme, srtnme ssnn datlmas ve iyi yaltm zelliklerini bnyesinde toplamaktr.

Sert yzey oluturma : sert, anmaya direnli yzeyler, sert yzey oluturma

olarak bilinen ergitme kayna teknikleri daha yumuak ve snek malzemeler zerinde

biriktirilebilir. Sert yzey alamlar, eliin sertletirilebilen snflarn, sert karbrler

oluturan demir ve elikleri, kobalt esasl alamlar ve belirli demir d alamlar

iermektedir. Kompozit tungusten karbr ubuklar ayn zamanda anma yzeyinde

tunsten karbr oluturmak iin kullanlabilmektedir. Benzer kaynak ilemleri yzeyin

korozyon ve sya kar direncini arttrr.

Giydirilmi Metaller : Metal metal kompozitleridir. Genel bir rnek olarak

A.B.Ddeki gm paralar verilebilir. Bir Cu %80 Ni alamnn her iki tarafna Cu

%80 Ni alam balanr. Youn olarak bakr bulunan ekirdek dk maliyet temin

ederken, yksek nitelikli alam gm rengi vermektedir.giydirilmi malzemeler

yksek dayanm ile birlikte iyi korozyon direnci kombinasyonuna sahiptir. Alklod ad

verilen giydirilmi kompozit malzeme, ticari saflktaki alminyum yksek mukavemetli

alminyum alamlarna balanr. Saf alminyum yksek dayanml alminyumukorozyondan korumaktadr. Saf alminyum katmannn kalnl toplam kalnln

yaklak %1-1,5 i kadardr. Alklad, korozyon direnci, dayanm ve hafifliin arzu

edildii uak gvdesinde, s dntrclerinde, bina yapmnda ve depolama

tanklarnda kullanlr.

kili Metaller : Scaklk gstergeleri ve kontrol edicileri, katmanl kompozitteki

iki metalin sl genleme katsaysndaki farkllktan yararlanmaktadr. ki metal paras

stlrsa yksek sl genleme katsaysna sahip metal daha fazla uzam olmaktadr. ki

para birbirine skca bal ise sl genleme katsaylarndaki fark eridin eilmesine ve

eilimli bir yzey olumasna neden olur. eridin bir ucu sabit ise serbest olan u

hareket eder. Bu hareketin miktar scakla bal olup, eritteki bklme ve sapmann

llmesi ile scaklk tespit edilmektedir. Ayn ekilde eridin serbest ucu, elektrik

anahtarn hareket ettirirse dzenli scaklk hareket elde etmek iin bir frnn veya

soutucunun alp kapatlmas mmkndr. ekil 1.5.3.1 de ikili metaller

gzkmektedir.

16


23/56

ekil 1.5.3.1. ki metalin davran zerinde sl genleme katsaysnn etkisi

1.5.4. leri Kompozitler

leri kompozitler, uak ve uzay sanayisi gibi dayanm bklmezlik ve hafiflik

kombinasyonunun gerekli olduu uygulamalarla ilgilidir. Baz rnekler tablo 1.5.4te

verilmitir. leri kompozitlerde tipik olarak polimer veya metal matris ierisinde borongrafit veya kevlar fiber kullanlr. leri kompozitler fiber com ve yksek dayanm

alamlarndan daha iyi dayanm ve yorulma direncine sahiptirler.

Malzeme Uygulamalar

Borsik AlminyumKevlar EpoksiKevlar Polyester

Grafit PolimerCam Polimer

Motorlarda, dier hava tatlarnda, uzay uygulamalarndaHavaclk, uzay (uzay mekii dahil), bot teknesiSpor gereleri (tenis raketleri,golf sopas,olta ubuu) uaksavarklf

Uzay, otomotiv, spor gereleriHafif otomotiv uygulamalar, su ve denizcilik uygulamalar,korozyon direnli uygulamalar, spor gereleri, uzay ve havaclk

paralar.

Tablo 1.5.4. Fiber takviyeli malzemelerin uygulama alanlar

ekil 1.5.4.1. Titanyum ve Alminyum alamlar ile karbon fiber-epoksi zgl

yorulma dayanmnn kyaslanmas

17


24/56

leri kompozitler, yksek zgl dayanm avantaj salamak iin modern

uaklarda hem yapsal hem de yzey ksmnda youn olarak kullanlmaktadr. Bu

kompozitler scaklk nispeten dk olduunda daha etkilidir. Grafit, boron veya

silisyum karbrle mukavemetlendirilmi alminyum titanyum veya nikel gibi metal

matris kompozitler, yksek scaklkla karlaldnda kullanlr (ekil 1.5.4.2.)

ekil 1.5.4.2. Farkl kompozit ve metallerin scakla gre zgl dayanmlarnn

deiimi

18


25/56

BLM 2

2.1.Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemelerinin retim Yntemleri

arzu edilen performansa uygun kompozit malzemelerinin retiminde maliyetunsuru ilk dnlmesi gereken en nemli parametrelerden biridir. retim maliyetini,

performans, tasarm, malzeme seimi ve ekil verme yntemi dorudan etkilemektedir.

Kompozit yapy oluturan bileenlerin seimi ve bileen konfigrasyonu retim

maliyetini nemli lde drebilmektedir. Tasarm konsepti ile maliyetin drlmesi

her zaman geerli bir yntem olup daima gz nne alnmaldr. Mukavemet ve tokluk,

minimum arlk, yksek scaklkta kullanlabilirlik, yorulma mukavemeti, dk bakm

masraf, korozyon dayanm, hasar toleranslar ve tamir kolaylklar gibi faktrlerbirlikte dnlerek, en dk maliyetli, en kolay retilebilir bir kompozit sistem

seilmelidir.

Doranm, ufaltlm, tanelere ayrlm ksa boylu elyaf ve partkller ile

dokunmu demet eklinde veya dokunmam kuma yapsndaki takviye malzemesi,

reine yzne yatrlarak, eitli el aletleri ile svanp tam-stma temin edilerek

kompozit malzemenin elde edilmesi gnmzde ok yaygn olarak kullanlan bir

metoddur.

2.1.1. Elyaf Sarma

Srekli elyafn bir balayc ortamndan geirildikten sonra, dnel madrenle,

nceden belirlenmi sarm geometrisine uygun sarlmas yntemine elyaf sarma ad

verilmektedir. Genellikle sarlan z veya mandrel, sarm ileminden sonra karlr. Baz

hallerde sabit mandrel kullanlarak kompozit kabuk ile takviye edilebilir. Elyaf sarma

ynteminin baz avantaj ve dez avantajlar aada verilmitir.

Srekli elyaf a ile yksek mukavemet salar

Ardarda sarlan elyaflar mukavemeti arttrr.

malat kolaydr.

Olduka byk yaplar elde edilebilir

Yksek elyaf younluuna ulalabilir.

Avantajl retim maliyetine sahiptir.

19


26/56

retim teknolojisi ekil 2.1.1 de basit bir ema ile aada verilmitir.

ekil 2.1.1. Basitletirilmi elyaf sarma yntemleri

eitli simetrik malzemelerin retildii elyaf sarma ynteminin baz dez

avantajlar aada verilmitir.

Mandrelin kartlabilecei ekilde tasarlanmas

Konveks yzeylerin elde edilememesi

Sarm yolunun kolaylkla deitirilememesi

Kompleks ve pahal mandrellerin kullanlmas

Zayf bir d yzeye sahip bulunmas

Bu olumsuzluklara ramen, boru, fittings, tp, basnl kaplar, kresel ve

silindirik yaplarda olduka tercih edilen bir yntemdir.

2.1.2. Ak Kalp Yntemleri

Takviye elemannn reine yzeyine yerletirilmesi, reine svama veya elyaf

dokuma ile kalp formuna uygun yzeylerin elde edilmesi genelde ak-kalp yntemi

ile ekillendirme ad verilmektedir.

Doranm, ufaltlm, tanelere ayrlm, ksa boylu elyaf ve partikller ile

dokunmu, demet eklinde veya dokunmam kuma yapsndaki takviye malzemesi,

reine yzeyine yatrlarak eitli el aletleri ile svanp tam slatma temin edilerek,

20


27/56

kompozit malzemenin elde edilmesi gnmzde en yaygn olarak kullanlan bir

yntemdir. Bu amala en ok ahap kalp kullanlmakla birlikte alminyum ve plastik

kalplarda kullanlabilmektedir. Kalp yzeyi ayn zamanda ayrc zellie sahip sert

yzey temin eden gelcoat ile svandktan sonra takviye malzemesi yatrlarak reine

ile svanr. Svama teknii elyaf orann etkilediinden nemlidir. Elle svama ve elyafa

ekil verme yerine vakum-folyo altnda ayn ilemler yaplabilir. Bu itibarla ak kalp

kompozit retim yntemi kategoride incelenmektedir. Bunlar;elle yatrma, elyaf

frlatma (fleme) ve vakum torbasnda ekillendirme yntemi olup ekil 2.1.2de

topluca ematize edilmitir.

ekil 2.1.2. Pskrtme yntemi

Ara yzey ayrma eleman olarak buharlaan bir zcde zlm

fluorokarbon trevleri kullanlmaktadr. Kompozit yzeyde sert fluorokarbonlu ince

film oluurken, her trl renklendiricilerle renklendirilebilmektedir. Kalpta kompozit

ayrcs olarak silikon boyalarda kullanlabilir. Ancak mteakip ilemler ve servis

ortamlarnda eitli sorunlar getirmektedir. Politetrafluoroetilen ayrclar zellikle

yksek scaklk uygulamalarnda tercih edilmektedir.

Bobinle beslenen srekli elyaf, reine ortamndan geirildikten sonra 3-5

cmlik boylarda kesilerek hzla kalp yzeyine pskrtlr. Ksa elyafn hzla

frlatlmas kalp yzeyine skma yapmakta, yksek elyaf oranl ak-kalp kompoziti

retilebilmektedir. Geni paneller ve girift ekilli malzemelerin retiminde elyaf

pskrtme yntemi olduka yaygn kullanlmaktadr. Elyaf pskrtme ynteminde

reine-elyaf dalm, elle svama yntemine oranla daha dzenlidir. Bir baka ifade ile

21


28/56

elyaf pskrtme yksek mukavemetli geni yzeylerin elde edilmesinde

kullanlmaktadr.

Vakum svama ynteminde ince polipropilen veya polietilen folyo ile rtlen

reine elyaf faz vakumla emilirken reine ile birlikte hava emii gerekleerek homojen

reine dalm ve yksek elyaf oran salanmaktadr. Vakum rt sistemi ile kuru elyaf

ortamna basn altnda reine emilerek en yksek elyaf oranl reine elde

edilebilmektedir.

2.1.3. ekme Yntemi

Elyaf reine karm ekillendirilmi kalptan geirilirken ayn zamanda da

sertletirilerek eitli profieller ve zel kesitli kompozit malzemelerin eldi edilmesimmkndr.

Cam elyaf ve yksek mukavemetli elyaflarn uygun reine matrisi ile ekilmesi

gelecekte alminyum ve elik trevlerini ikame edecek boyutlara ulaacaktr.

rgl veya geliigzel dalm elyaf termoset reine ortamnda

ekilmektedir. ki ayr ekme yntemi aada ekil 2.1.3te ematize edilmitir.

ekil 2.1.3. ekme yntemi

22


29/56

2.1.4. Presleme

Termoset veya termoplastik matris iine dalm takviye elemanlar belli

basn altnda sktrlarak sertletirilir. Havaclk sektrne ynelik kompozit rnler

iin epoksi motrisler kullanlrken kar ve demiryolu tatlar iin poliester ve vinilester

reineli matrisler kullanlmaktadr.

3-5 cm boyunda kesilmi elyaflar, mikserde reine ile kartrlrlar reiner

katalist, dolgu malzemesi, kalp syrma malzemesi ile magnezyum oksit ihtiva eder.

Mikserde iyice kartrlm hamur, uygun ortamda uzun sre saklanabilir. 130-160 C

scakla stlm kalp boluuna gerekli hacimde karm hamuru yerletirilerek 4-21

Mpa basn altnda birka dakika bekletilir.Parann zelliine, elyaf oranna ve reine grubuna gre sertleme sresi 1-4

dakika arasnda deiir. Olduka yksek basnc gerektiren metod mkemmel yzey

kalitesi yannda, mekanik zelliklere sahiptir. Koltuklar eitli kaplar ve yap

elemanlarnn imaline imkan veren presleme metodu, gelecekte alminyum ve plastik

enjeksiyon dkm rnlerine alternatif olacaktr. Presleme ile retilen kompozit

rnler, ayn zamanda ahap trevleri ile ikame edilebilmektedir.presleme tekniine

uygun, para geometrileri kolaylkla retilebilir.

Presleme elik dkm kalplar kullanlmaktadr. Mkemmel yzey iin kalp i

yzeyinin sert krom ile kaplanmas tercih edilmektedir. Presleme tekniinin ematik

grnts ekil 2.1.4de verilmitir.

ekil 2.1.4. Pres ekillendirme yntemi

23


30/56

Preslemede kullanlan hamura eitli dolgu ve renk verici malzemeler katlarak

arzu edilen yzey zellikleri elde edilebilir.

2.1.5. Dkm Yntemi

Genellikle partikl eklindeki takviye faz, sv reine veya metalle birlikte

hidrostatik veya pres basnc altnda dklebilir.

zellikle anmaya dayankl kompozit malzemeler bu yntemle retilirler.

Soukta ve scakta katlaabilen reineler ile alminyum ve magnezyum gibi metaller

bu amala kullanlmaktadr. Piston gibi anmaya msait malzemeler taneli kompozit

dkm malzemelerdir. Fren pabular ve basn altnda alan malzemelerin bu

yntemle retilmesi mmkndr.

2.1.6. Sinterleme

Baz elyaf ve seramik malzemelerin matris tarafndan slatlmas mmkn

olmadndan balayc ara yzey oluamamaktadr. Bu amala elyaf yzeyi slatma

zellii yksek malzemelerle kaplanr kaplama ilemi vakum altnda veya kimyasal

ortamda yaplp, elyaf scak pres altnda sinterlenir. Yntemin en nemli avantaj,

matris orann asgari dzeyde tutmasdr. Bu metodla %10 balayc ve %90 takviye

fazl sper yksek mukavemetli malzemeler elde edilmektedir. Gelecekte zellikle uak

gvde ve kanatlarnn bu yntemle elde edilmesi ve yksek balistik performansn elde

edilmesi muhtemel grlmektedir.

Elyaf yzeyini kaplayan ince metalik film basn altnda difzyon ile elyaflar

birbirine balarken mkemmel yzeyler oluturmaktadr. Metal matrizli kompozitlerin

stn performanslar, gelecekte elik ve zel malzemeleri nemli lde kapsayaca

tahin edilmektedir.

2.1.7. Laminasyon

En az iki ayna veya farkl elyaf veya refrakter tabakasnn nceden tasarlanm

konfigrasyonla birbirine balanmas ile ilde edilen yapya lamine kompozit yaps ad

verilir. ardk takviye tabakalar, rgl, dokunmu, prese edilmi keeletirilmi veya

folyo ekline getirilmi olabilir.

Laminasyonda boyutlu konfigrasyona ulalabilir ekil 2.1.7de verildii

gibi orada da balanan tabakalarda, dorultuda mekanik zellikler ekillendirilebilir.

24


31/56


32/56

ekil 2.1.8.1. Balpetekleri sandvi paneller

Balpetekleri, iki temel yntemle retilebilmektedir. Yntemlerden biri,

geniletme dieri de oluklama olup aada ksaca zetlenmitir.

Geniletme yntemi gnmzde en ok kullanlan metod olup erit halindeki

metal bantn belli aralklarla st ste yaptrlmas ve sonradan almas prinsibine

dayanmaktadr. erit metal bantn izgisel olarak yaptrlmasnda yksek scaklk

balayclar kullanlmakta, yaptrma ilemi basn altnda gerekletirilmektedir.

izgisel yaptrma metodunun prensip resmi ekil 2.1.8.2de verilmitir.

ekil 2.1.8.2. izgisel birletirme ile balpetei retimi

Oluklama yntemi yksek olduuna ve scakla dayankl malzemeler iin

uygulanan bir metottur. Metodun prensip resmi ekil 2.1.8.3te verilmitir.

26


33/56


34/56

Haddeleme. Giydirilmi ve ikili metal gibi bir ok metalik katmanl

kompozitler scak veya souk haddeleme ile retilmektedir. Deformasyon miktar

yeterince byk ise merdaneler tarafndan uygulanan basn yzeydeki oksitleri

krmakta atom atom temas eden yzeyler oluturmakta ve iki yzeyin kaynak

edilmesine imkan salamaktadr.

Patlama Kayna. Metallerin birletirilmesi iin gerekli basn bir patlama

yklemesi ile salanabilir. Bu ilem zellikle hadde merdanesine smayan, byk

plakalarn birletirilmesi iin ok uygundur.

Birlikte Ekstrzyon. Ortak eksenli kablo gibi ok basit tabakal kompozitler,

yumuak malzemenin sert malzemeyi saracak ekilde bir kalp ierisinden iki metalinbirlikte ekstrzyonu ile retilmektedir. Benzer ekilde termoplastik polimerler metal

iletken teller evresine birlikte ekstrze edilebilmektedir.

Presleme. Kk paralar iin, yksek scaklklarda yksek basn

uygulanmas yapmay salamaktadr. Katmanlardaki yaptrcy sertletirmek iin

genellikle scak presleme kullanlmaktadr.

Sert Lehim. Sert lehim kompozitleri birbirine balayabilmektedir. Metalik

levhalar tercihen 0,075 mm. aralkla ayrlmtr ve sert lehim, alamnn ergime

scaklnn zerinde stlmaktadr. Sv sert lehim alam, klcal hareketle ince

balantaralna yaynark birletirmeyi salar.

28


35/56


36/56

ekil 3.1.1. eitli alarda takviye edilmi cam-epoksi kompozitten yaplm delik

iinden ekme kuvvetine maruz bir elemanda gerilme dalm

3.1.1.1. Isl ve Elektriksel Ykleme

s ve elektrik akm direncin dk olduu yerlerden geme eiliminde

olduundan sl ve elektriksel iletim zellikleri cam, aramid ve seramik fiber

kullanlmas durumunda matris malzemeninkine yakndr.

Karbon fiberleri gibi iletim zellii iyi olan fiberlerin kullanld

kompozitlerde ise fiber malzemesinin zelliklerine yaknlk gsterir. Polimerik matrisli

kompozitlerde, matris malzemeleri metallere gre yaklayk olarak %1 orannda iletim

zelliine sahiptir. Fiberlerin ise yksek iletim zellikleri vardr. Kompozit iinde

takviye ekli ve dorultusu ile enerji ak sektr arasndaki a nemlidir. zotrop cam

fiberlerinde bile boyuna ve enine iletim katsayla arasnda %30 gibi bir fark

bulunmaktadr. Karbon fiberlerinde ise bu oran %0,2ye kadar dmektedir. Bu yzden

elektrik ve sl yke sahip kompozitlerin dizaynnda fiber hacim oran, takviye

dorultusu ve retim srasnda eleman iinde boluk kalmayacak ekilde bir retim

yaplmas ok nemlidir.

Herhangi bir kompozit yapda bile, kullanlan malzemelerin sl genleme

zelliklerinin farkl olmas sebebiyle, s yk altnda farkl uzamalar sonucu byk

gerilmeler ortaya kabilir. Bu gerilmeler, dardan malzemeye herhangi bir yk

uygulansa bile malzemede hasara yol aacak kadar byk olabilmektedir.tabakal

retimde ise farkl tabakalar arasnda ayn uzamaya ramen takviye dorultusundaki

farkllklar sebebiyle arplma eklinde hasarlar oluabilmektedir. zotropik

malzemelerde oluan bu gerilmeler eitli sl ilemler ile ortadan kaldrlabilirken

kompozit malzemelerde bu durum mmkn olmamaktadr. Bu yzden ikincil bir yk

30


37/56

olarak s yknn de bulunduu durumlarda malzeme tayini nem kazanr. Tabakal

retim durumunda tabakalar, uzamalar birbirini ortandan kaldracak ekilde

yerletirilmeyidir. Birleme yerinin dizaynnda, bu gerilmelerin de dikkate alnmas

gerekir.

3.1.1.2. Yorulma, arpma ve Tokluk

Kompozitlerde yorulma izotrop malzemelerden olduka farkl bir ekilde

oluur. zotrop malzemelerde deiken yklemeye maruz bir makine elemannda oluan

atlak tanmlanabilir bir gelime gstererek ilerlemekte ve para hesaplanabilen bir

mr sonunda da hasara uramaktadr. Bu malzemeler iin atlak balangcnn hemen

hemen tamamen tanmlanm ve deneyler yaplarak gerekli sabitler bulunmutur.Kompozit malzemelerin entik hassasiyetleri, matris malzeme entiin dier fibere

gemesini geciktirdiinden metalik malzemelere gre daha azdr. Kompozitlerde

yorulma olay, malzemeye bal olarak farkl ekillerde meydana gelir. Fiber-matris ara

yzey ba kuvvetine bal olarak oluan yorulma, yk dorultusu ile fiber

dorultusunun farkl olduu durumlarda oluan yorulma eklidir. Fiber boyunca oluan

atlan ilerlemesi ile hasar meydana gelir. Kuma eklindeki fakvilerde genellikle bu

ekilde yorulma oluur. (ekil.A). Fiber ve yk dorultusu ayn olursa olduka yksek

yorulma direnci elde edilir. Bu durumda, fiber hacim oran arttka yorulma direncide

artmaktadr. Tabakal yapdaki yorulma ise, mukavemetlerine gre daha yksek gerilme

uygulanan tabakalardan balayarak yaylr. Tabakal yapnn kuma fiberlere gre

yorulma direnleri daha byktr.

ekil . 3.1.1.2.A. kompozit Malzemelerde atlak Oluum ve lerleme ekilleri

31


38/56

arpma, genellikle makine elemanlarnda genellikle beklenmeyen ve hesaba

katlmayan ani yklemelere verilen addr. Snek malzemelerde arpma sonucu plastik

deformasyon ve gzle grlebilen hasarlar oluur. Kompozitlerin arpmaya kar

davran arpmada absorbe ettikleri enerji ile belirlenir. Bu da ara yzey ba

gerilmelerinin deerine baldr. Eer ba dayanm dkse malzeme zayf mukavemet

zellikleri gstermekle beraber enerji absorbsiyonu iyi olacandan arpmaya kar iyi

bir dayanm gsterecektir. ok yksek ba dayanmna sahip kompozitler gevrekleme

eilimindedir. Pratikte fiberlere yaplan yzey ilemleri ile ara yzey ba dayanm

kontrol edilebilmektedir. Tokluk, malzemenin krlma dayanmnn bir lsdr.

Yorulma ve arpma yklerine kar kompozit malzemelerin davranlarnn

belirlenmesinde nemli bir karlatrma parametresidir. Kompozit malzemelerin tipik

ekme-uzama diyagramlar ekil Bde gsterilmitir.

ekil. 3.1.1.2. B. Kompozitlerin ekme-uzama diyagram

3.1.1.3. Kimyasal Ykleme ve evre artlar

Matris malzemeleri kompizitin nem, s ve kimyevi maddeler gibi evre

etkilerine maruz kalan ksm olduundan korozyon dayanm, nem absorbsiyonu gibi

evre etkilerine kar zelliklerini de belirlemektedir. Plastik malzeme, plastik matrisli

kompozitlerin ok eitli evre ve kimyevi yklere kar yksek performans

gstermesini salamaktadr. Metalik matrisli kompozitlerde ise kimyasal etkilere kar

diren, malzemenin yzeyinde meydana getirdii koruyucu tabaka kalnl ile

belirlenmektedir. Mesela, 200 Cnin zerinde zellikleri kararl olmayan, veya kimyevi

32


39/56

etkilere dayanksz olan bir fiber, ok daha yksek scaklklara yada ok etkin kimyevi

yklemelere dayanabilen ve sl iletkenlik zellikleri iyi olmayan bir matris iinde sz

konusu artlara dayankl, mukavemeti yksek bir kompozit oluturabilmektedir. Tablo

3.1.1.3te otomobil endstrisinde alternatif malzemeler olarak kullanlan elik,

alminyum alam ve cam takviyeli plastik (CTP) kompozitlerin eitli yklemeler

karsndaki davranlar, retim artlar ve maliyetleri gibi faktrler karlatrmal

olarak verilmitir.

Tablo 3.1.1.3 Otomotiv Endstrisinde Kullanlan Baz Malzemelerin

Karlatrlmas

Otomobili oluturan paralar kme ve plastik ekil deitirme zorlanmalar ile

gevrek krlma, yorulma, srnme yklemeleri ve 40 ila 120 C scaklk aral, %55

ila %100e varan bal nem su, yakt, antifriz ve tuz gibi evre ve kimyevi yklemelerin

etkisi altndadr. Tablo 3.1.1.3ten grld gibi motor blou gibi ksmlarda Al

alamlar ve kaporta iinde CTP kullanm en iyi zm vermektedir. CTP

malzemelerde 60 C zerinde srnme hasarlar meydana geldiinden bunun dikkate

alnmas, ayrca nem absorbe etme zellikleri sebebiyle %20ye varan mukavemet

azalmas da hesaba katlmaldr.

33


40/56

3.1.2 Paralarn Birletirilmesi

Dizaynda gz nnde bulundurulmas gereken dier nemli bir faktrde

kompozit makine elemanlarnn baka bir para ile birletirilmesi durumudur. Gerek

kompozit-kompozit, gerekse kompozit-dier malzemeler arasndaki birlemelerde

birletirme ekilleri, yerleri ve usulnn ok dikkatli olarak tayin edilmesi

gerekmektedir. Kompozit malzemelerden yaplm makine elemanlarnn metal

malzemeler iin geerli olan sklebilen ve sklemeyen birletirme snflandrlmas

iine alnmas ou zaman mmkn olmaz. Bu yzden kompozitten yaplacak eleman

komple eleman olarak, birletirme yerlerindeki delik, pim, vida v.s.de mmknse

komple imalat iin dnlmelidir. ok paradan imal edilen makine elemanlarnn,

kompozit malzemenin hafiflii sebebiyle yekpare olarak imal edilmesi ise bir avantaj

olmaktadr. ekil 3.1.2.ada yekpare olarak imal edilmi bir otomobil tahrik aft

grlmektedir. Yekpare imalatn avantajlarndan biri de birletirme yerleri sebebiyle

meydana gelen grltlerin ortadan kaldrlmasdr.

Sonradan talal ekillendirme yoluyla yaplacak ilemler malzeme

mukavemetini drmekle kalmayp atlak oluumu gibi hasarlara da sebep olmaktadr.

(ekil 3.1.2.b)

ekil 3.1.2 a) Yekpare olarak imal edilmi otomobil tahrik aft b) Kompozitlerin

matkapla delinmesi sonucu oluan hasarlar

34


41/56


42/56

3.1.3. Arlk

Kompozit malzemeler, elik gibi geleneksel izotropik malzemelerin yerine

kullanlrken yaplacak i elbette, elikten yaplm olan makine elemanlarnn sklp

yerine daha hafif olan kompozit malzemelerden yaplm olannn monte edilmesinden

ibaret deildir. ister kompozit isterse elie gre daha hafif olan alminyum alamlar

olsun birbiri yerine kullanlrken tercihi tayin edecek karlatrmalar, klasik dizayn,

maksimum gerilme veya maksimum ekil deitirme kriterleri kullanlarak

yapldndan, yine bu kriterlere gre yaplacaktr. Makine eleman olarak en ok

karlalan ekme ubuu, kiri veya plak iin karlatrma kriterleri, arla bal

olarak ekil 3.1.3.ada karlmtr. Burada baz kullanlan deikenler yle

sralanabilir;

S (mm): maksimum ekil deitirme C: ykleme tipine gre katsay

m (kg): elemann ktlesi

P (N):uygulanan kuvvet A.L.t.W(mm):kullanlan

G (N/mm): oluan maksimum gerilme elemanlarn boyutlar

E (N/mm): Elastisite modl

P (Kg/mm3):younluk

ekil 3.1.3.a.Dizaynda kullanlan karlatrma parametrelerinin eldesi

36


43/56

Yalnzca tayacaklar yke gre sralama yaplacak olursa ekme ubuu iin

tabloda ele alnan malzemelerden en elverilisi maksimum uzamaya gre Boron-Epoksi,

Be-38 Al. Karbon epoksi, Kevlar-Epoksi ve cam Epoksidir. bu sralamay kiri iin

yaptmzda ise ilk sralar maksimum gerilme asndan yksek mukavemetli karbon

fiber takviyeli Epoksi kompozit, Kevlar-Epoksi ve maksimum deformasyon asndan

da Karbon- Epoksi kompozitler ve arkasndan Be-38Al alminyum alam gelmektedir.

Durum plak eleman asndan Karbon-Epoksi, Kevlar-Epoksi, cam tl polyester

eklinde ve maksimum ekme asndan da yksek mukavemetli Karbon-Epoksi

Kevlar-Epoksi ve Al-Li eklinde bir sralama olduu grlmektedir.

Burada karlatrma iin seilen elik olan maraging elii %18-25 Ni, %7,5

Co, %4,8 Mo, %0,4 Ti ve %,03 C ieren 815 Cden havada su verilerek ve 480 Cde

yalandrma ile 1750 MPa akma mukavemetli, %11 uzama, yksek tokluk ve 35-52 Rc

sertliine sahip bir eliktir. Taynak edilme imkanlar vardr ve roket motor blou

yapmnda kullanlmaktadr. Grld zere yksek mukavemetli bir elik olmasna

ramen kompozitlere gre mukavemet asndan ok gerilerde kalmaktadr.

ekil 3.1.3.b eitli Malzemeler in Hesaplanm Karlatrma Parametreleri

37


44/56

Bu durum ekonomik adan en arpc ekliyle uak sanayiinde grlr. eitli

kombinasyonlar yaplarak maksada en uygun kompozitin elde edilmesi mmkn

olduundan belirli zelliklerin arlkla oran nemli ve snrlayc bir faktrdr.

Uaklarn kendi arlklar azaldka tayacaklar yk artacak ayrca arlndaki

azalma orantl olarak yakt tketimini de azaltacaktr. Bir OC 10 uann arlnda

salanacak 1 Kg lk azalma yllk 2900 Lt. yakt tasarrufu salad gz nne alnacak

olursa, alminyum yerine cam, karbon ve aramid fiberli kompozit kullanlarak bir A

310 uanda salanan 397 Kg lk ve bir A 320 uanda salanan 800 Kglk bir

arlk kazancnn ne kadar nemli olduu grlr.

3.2.Sonu

Kompozit malzemelerden yaplacak makine elemanlarnda, kompozite has

dizayn, retim ve hesaplama artlar vardr. Bunlarn dikkate alnmas, aratrlmas ve

uygulamaya konulmas gerekmektedir. Bu blmde tasarmda dikkat edilmesi gereken

hususlar zerinde durulmutur.

38


45/56

BLM 4

4.1. Kompozit Malzemelerin Kullanm Alanlar

kompozit malzemeler ok geni bir yelpaze oluturduundan bu blmdekompozit malzemelerin makine mhendislii asndan kullanm alanlar incelenecektir.

4.1.1. Otomotiv Sanayiinde Kompozit Malzeme Kullanm

Otomobilin arln azaltmak; yakt tketiminde hatr saylr tasarruflara yol

atndan, otomobil reticileri arl azaltacak yeni malzeme araylarna girmi

bulunuyorlar. Buna ilaveten petrol yaktlarna alternatif olarak gelitirilmeye allan

elektrikli arabalarn motorlar nispeten daha az g rettiinden, arabann arl

fevkalade ehemmiyet kazanr. Kompozit malzemeler, katln zgl arla oran

bakmndan elik ve alminyum ile karlatrldnda, bu deer birka kat daha fazla

olabilmektedir. Bu sebeple kompozit malzemeler arlk azaltmada en nemli

adaylardandr.

Kompozit malzemeler arasnda en yaygn olarak polimer matrisli kompozitler

kullanlmaktadr. Plastik matrisli olmalarna ramen metaller kadar emniyetli

tasarmlar mmkndr. n ksm cam elyaf takviyeli polimer kompozitten yaplm bir

araba 35 mil/saat arpma testini gemi bulunuyor. arpmalarda elik kadar gvenlik

salad gibi, polimer kompozitler titreim kontrol gibi zellikleriyle de daha stn

performans gstermeye adaydr.

Polimer kompozitler matrisi, termoset veya termoplastik olmak zere ikiye

ayrlr. Termoplastik polimerler (naylon gibi), uzun molekl zincirlerinden oluur.

Yksek scaklklarda bu zincirlerin birbirleri zerinde kaymalar sonucu, termoplastikler

eriyebilme zelliine sahiptirler. Termosetler ise umumiyetle balangta

monomerlerden veya ksa zincirlerden oluan sv bir halde bulunur. Yksek

scaklklara karldnda, bunlarn aralarnda karlkl balarn olumasyla byk bir

molekle dnerek katlarlar. yiletirme denen bu ilemden sonra artk polimerin

erimesi sz konusu olmaz. Termoset ve termoplastik polimerlerin mikro yaplarndaki

bu farkllk; mekanik zelliklerine, imalat tekniklerine ve yeniden dnm imkanlarna

da yansr. Termoplastikler molekl zincirlerinin hareket kabiliyetinden dolay

termosetlere gre daha az krlgandr. Mukavemet ve katlk gibi kompozitin mekanik

zelliklerini arlkl olarak elyaf takviyesi belirlediinden, polimer matrisinin bu gibi

39


46/56

zellikleri ok nemli deildir. malat yntemine gelince, termoplastikler yksek

scaklklarda eritilerek ekil verilir, sonra soutularak kat haline getirilir. Ancak

imalatndaki en byk zorluk, eriyik halde bile viskozitesi ok yksek olduundan

elyafla kartrlmas ok zordur. Viskozitesini drmek iin daha yksek scaklklara

karldnda ise polimer ayrr ve bozulur. Termosetler ise yaygn olarak iinde rl

elyaf bulunan bir kalba sv olarak aktarlr, sonra scaklk artrlarak iyiletirme ilemi

yaplr. Bu ilemden sonra ekil vermek mmkn olmadndan termosetlerin yeniden

dnm imkan yoktur. Ayrca bu iyiletirme ilemi kimyasal bir sre olduundan,

imalat sresini uzatmaktadr. Baz otomotiv uygulamalarnda iyiletirme ilemi 5-10

dakikaya kadar inmise de elik veya termoplastiin ilenmesine nazaran bu sre

uzundur.

Otomotiv sanayiinde u ana kadar termosetler, termoplastiklere nazaran daha

fazla kullanm alan bulmutur. Otomobil gvdelerinde termoset kullanm yaygn

olmakla birlikte, termoplastiklere rabet grlmeye baland. Golf A4 ve POLO A03

dahil olmak zere btn yeni VW arabalarnn n ksmlar cam elyaf rgtl

termoplastik tabakalardan yaplmtr.

Son zamanlarda giri manifoldlar ekseriyetle alminyumdan imal edilmektedir.

Fakat bu paralarn ekilleri daha karmak hale geldike ve tek kalpla retilen cam

elyaf takviyeli termoplastikler arlktan tasarruflar saladka, termoplastikler

tasarmclara cazip gelmeye balad. Ford Mondeo'nun 4 silindirli 16 valfl motorunun

giri manifoldu cam elyaf katkl PA'dan imal edilmitir. Chevrolet giri manifollarnda

cam elyaf katkl naylon kullanmaktadr. Plastik arlktan tasarruf salad gibi

motorun performansn da artrmtr. Giri manifoldlarnn i yzeyi son derece

przsz olmaldr. Aksi takdirde oluacak trblans, motorun verimliliini azaltr.

Dzgn yzeyleriyle plastik manifoldlar alminyumla yaplanlara gre motorun

verimini %5 kadar artrabilmektedir. Malzemenin dk s iletkenlii; manifold

iindeki havann motorun scaklndan daha iyi yaltlmasna yol amakta; manifoldun

havay daha youn olarak tutmasyla, yanma daha randmanl gereklemektedir. Plastik

titremeyi azalttndan motorun grlts azalmaktadr. Avrupal motor reticisi PSA

da Peogeot 406 vet 605, Citroen Xantia ve XM modellerinde kullanlmakta olan

motorun giri manifoldunda naylon kullanarak benzer faydalar elde etmektedir.

40


47/56

Alminyumdan Naylon 46'ya gemekle PSA manifoldun arlm %50, imalat

maliyetini %20, 30 azaltabilmi, dkm sonras ilemeyi ortadan kaldrabilmitir.

Chrysler gibi otomobil reticileri de valf kapaklarn termoset kompozitlerinden

yaparak maliyetleri %15-20 indirebilmilerdir. Plastik kompozitlerin nemli bir

potansiyel uygulama alan n koltuklarn monte edildii atdr. Kompozitlerin fanlarda

da kullanm grlmeye balanmtr.

Plastik kompozitlere ilaveten, mhendisler matrisi metal olan kompozitleri de

ciddi olarak dnmeye balamlardr. GM elektrikli tatnn atsnda metal matrisli

Boralyn kompozitini kullanmaktadr. Boralyn'in katlnn zgl arla oran, elik ve

alminyumunkinin 1.5 katdr, younluu ise alminyumun younluuna yakndr.Btn avantajlarna ramen kompozitlerin otomotiv sanayiinde youn olarak

kullanlmasnn nndeki iki nemli engel vardr. Birincisi, kompozit paralarn hala

elikten daha maliyetli olmalardr. malat elik gibi yksek basn gerektirmediinden,

plastik kompozitleri ileyen makinalar daha hafiftir ve dolaysyla ilk yatrm maliyeti

daha dktr. Fakat malzemenin maliyetinin fazla olmas ve imalat srecinin nispeten

emek youn olmas toplam maliyeti arttrmaktadr. Ancak ileride imalat teknolojisinde

olabilecek yeniliklerle ve kompozit malzemelerin daha youn kullanmnn getireceimalzeme maliyetlerindeki dle, kompozit paralarn daha ucuza imal edilebilecei

beklenmektedir. u anda bir ok byk lekli aratrma projelerinde daha verimli

imalat teknolojilerinin gelitirilmesi iin allmaktadr.

Kompozitlerin sanayii de youn olarak kullanlmasnn nndeki ikinci nemli

engel, kompozitlerin tasarm ve imalat konusunda tecrbeli ve bilgili mhendis ve

teknisyen saysnn yetersizliidir. Bununla birlikte, bu engellerin zamanla alaca ve

kompozit malzemelerin stn zelliklerinden otomotiv sanayiinde daha ok fay-dalanlaca ngrlmektedir.

4.1.2. Uak Yaplarnda Kompozit Malzeme Kullanm

Havaclkta son yllarda yaplan temel bir atlm metal malzeme yerine kompozit

malzeme kullanm konusudur. Uak yaplarnda kullanlan ileri kompozitler, elyaf

takviyeli kompozitlerdir. Genellikle epoksi matris iinde srekli elyaflar

kullanlmaktadr.

41


48/56

Uak yaplarnda alminyum alamlar gibi konvansiyonel malzemelerin yerini

alan kompozit malzemeler, dk arla oranla yksek mukaveket zelliine

sahiptirler. izelge 4.1'de uak tasarmnda kullanlan kimi metal ulamlar ile

kompozit yaplarn mekanik zellikleri verilmitir. Uak yaps iin malzeme seiminde

nemli bir kriter olan mekanik zelliin younlua oran ile ifade edilen, zgl mekanik

zellik deerleri karlatrldnda bor/epoksi ve karbon/epoksi kompozitlerin

konvensiyonel malzemelerden nemli farklarla stn olduklar grlmektedir.

Dk younlua sahip kompozit yaplarn uak tasarmnda kullanlmas ile

metal yapya oranla arlk kazanc salanmtr. ekil 4.1'de gelien teknoloji ile

birlikte, uak tasarmnda kompozit malzeme kullanmndaki art verilmektedir

izelge 4.l. Uak malzemelerinin mekanik zellikleri (Tetlovv, 1983; Reindi, 1987)

MALZEME Younluk P (gr/cm3)

ElastikModul E

(GPa)

zgul K.Modl

E/p

ekmeMuk.

(GPa)

zglek.Muk. /p

Maks.ek.De.

(%)K0NVANS

1YON

ELK (3140) 7,90 200,0 25 1,85 0,24 11,00

ALM. ASG (6061)T6 2,70 70,0 26 0,35 0,13 11,00

ALMNYUM AU4G1(2024)74

2,80 73,0 26 0,29 0,21 11,00

ALMNYUMA25G4(7075)T6 2,80 76,0 27 0,45 0,16 11,00

TTANYUM T6V 4,40 119,0 27 1,14 0,26 14,00

KOMPOZiT

BOR/EPOKS 2,10 270,0 * 129 * 2,00 * 0,95 * 6,50 *

BOR/ALMNYUM 2,70 225,0 ** 83 * 1,25 0,46 * 10,00 *

GRAFT/EPOKS 1,70 208,0 *10,3 **

122 * 1,34 *0,03 **

0,79 * 0,78 *0,29 **

KARBON/EPOKS 1,50 142,0 *10,3 **

95 * 1,60 *0,07 *

1,06 * 1,10 *0,57 *

KEVLAR/EPOKSl 1,35 80,0 *5,5 *

59 1,38 *0,03**

1,02 * 1,70 *0,50 *

CAM/EPOKSl 2,20 53,0 *12,4 **

24 * 1,45 *0,04 *

0,66 * 2,70 *0,30 *

KARBON/ POLYESTER 1,68 127,5 *7,6 **

76 * 1,52 *0,04 *

0,9 * 1,20 *0,53 *

KEVLAR/ POLYESTER 1,40 76,0 *5,5 **

54 * 1,20 *0,02 **

0,86 * 1,60 *0,40 **

CAM/ POLYESTER 1,80 39,0 *9,6 **

22 * 1,13 *0,02 *

0,63 * 2,80 *0,21 *

* Elyaflar ynnde ** Elyaflara dik ynde

42


49/56

ekil 4. l Uak malzemelerinin kullanm oranlarnn yllara gre deiimi

Uak tasarmnda ilk olarak kullanlan kompozitler cam elyaf kompozitlerdir.

1944'lerde "Vultee BT-15" eitim uaklarnda gvdenin arka ksmnda kaplama

malzemesi olarak cam elyaf reineli kompozit plakalar aa ekirdein yzeylerine

yaptrlarak sandvi paneller eklinde kullanlmtr (Phillips, 1987).

43


50/56

Cam elyafl kompozitler, mukavemetlerinin arlklarna oran metallerden

yksek olmasna ramen ana yap elemanlarnda kullanlmamaktadr. Bunun nedeni ise

sertliklerinin arla orannn dk oluudur ve bu oran yksek hz uaklarnda

olduka byk bir nem tamaktadr (Huber, 1982).

Kompozit yaplarn uak tasarmndaki yaygn kullanm 1960'larda balamtr

(A.B.D'de bor elyaflar, ngiltere'de ise grafit elyaflar). A.B.D'de 1970'lerde bor/epoksi

kompozitler F-111'lerin yatay kuyruklarnda ve F-4'lerin istikamet dmeninde

kullanlmlardr (Grimes, 1976). Bor/epoksi kompozitler yksek performansl askeri

uaklarn dizaynnda kullanlmlar ve baarl olmulardr. Bu kullanma rnek olarak

F-14'lerin yatay kuyruk yzey kaplamas ve F-15'lerin yatay ve dikey kuyruklar

verilebilir (Noton, 1974).

ngiltere'de grafit epoksinin geliimi ok yava olmutur. Strikemaster'ler iin

istikamet dmeni gibi kk paralar retilmitir ve Jaguar'larn aerodinamik frenlerinin

yapmnda kullanlmtr (Lenoe, et al., 1973). 1970'lerin

ortalarnda A.B.D bor/epoksi'den grafit/ epoksi'ye gemitir. Bunun en nemli

nedeni maliyet problemidir. 1979/da uak yapmclar tarafndan "prepreg" ad altnda

retilen grafit/epoksi malzemenin maliyeti 40 $/lb iken bor/epoksi'nin maliyeti 180$/lb'dir (Hoskin and Baker, I9S6). A.B.D'de bu gei askeri uaklarda hzl olmutur.

F-16'larda grafit/epoksi yatay ve dikey kuyruk yzeyleri kaplamasnda ve

kumanda yzeylerinde kullanlmtr ve yapsal arln %3'n oluturmaktadr

(Phillips, 1987). Grafit/epoksi kompozitlerin F-18' lerde kullanm ise yapsal arln

%10'unu, toplam alann ise %50'sini oluturmaktadr (Phillips,1987).

AV-8B uaklarnda ise tm kanat kaplamas ve yapsal elemanlar

grafit/epoksidir. Ayn zamanda yatay kuyruk yzeylerinde gvdenin n ksmlarnda veeitli kumanda yzeylerinde kullanlarak arlktan % 26'lk bir kazan

salanmtr(Huber, 1982).

Avrupa'da retilen askeri uaklar ele alndnda, talyan-ngiltere-Almanya

yapm Tornado uaklarnda graft/epoksi yatay kuyruk kumanda yzeylerinde

kullanlmtr (Schwartz, 1984). Fransa yapm Mirage 2000'lerde ise bor-graft/epoksi

karma kompozitler kanat kumanda yzeylerinde ve dey kuyrukta kullanlmtr (Gay,

1989).

44


51/56

Gelimi kompozitlerin sivil uaklardaki uygulamas askeri uaklardan daha

sonra gerekletirilmitir. Ancak bu konuya ilgi hzla artmaktadr. Graft/epoksi

kompozitlerin sivil yolcu uaklarndaki ilk uygulamalar Boeing 727'lerin gvde

kaplamasnda gerekletirilmi ve %14 arlk kazanc salanmtr (Brooks, et al.,

1980). Boeing 737'lerin aerodinamik frenleri grafit epoksi kompozitten retilmitir ve

1981'den itibaren 22000 uu saatlik kullanmlar esnasnda nemli bir problemle

karlalmamtr. Bu uaklarda kompozit kullanmyla %15'lik bir arlk kazanc

salanmtr (Noton, 1974).

Uak tasarmnda arlk kazanc nemli miktarda yakt kazancda saladndan

NASA'nn Uak Enerji Verimlilii programlar erevesinde uak yaps iin Uompozit

malzeme gelitirimine gidilmitir. 1980'lerde sadece ikinci dereceden yapsal

elemanlarda kompozit kullanlrken, 1985'lerde birinci dereceden temel yapsal

elemanlar iin kullanlmaya balanmtr (Dexter, 1980). izelge 4.2'de kompozit

malzeme kullanm ile konvensiyonel malzemelere oranla elde edilen arlk kazanlar

verilmektedir. Bu kazanlarn %11 ile %44 arasnda deitii grlmektedir. 1980'lerde

Boeing 757 ve 767'lerde kuyruk grubunda, kumanda yzeylerinde, kanatklarda ve

flaplarda graft/epoksi kullanlmtr (Schvvartz, 1984).

izelge 4.2 leri kompozitlerle uak eleman baznda salanan arlk kazanlar

UAK TP ELEMAN KONVANSYONELMALZEME

KOMPOZITMALZEME

AIRLIKKAZ. (%)

YAPIMCIFRMA

DC-10 stikamet dmeniDey kuyruk

grubu

Alminyum AlamAlminyum Alam

Grafit /epoksiGrafit /epoksi

26,820,2

Mc Donnell-Douglas

L-1011 Kanatk Dikeykuyruk


Grafit /epoksiGrafit /epoksi

26,327,9

LockheedCompany

Boeing 727Boeing 737 rtifa dmeniYatay kuyruk gr. Alminyum AlamAlminyum Alam Grafit /epoksiGrafit /epoksi 25,627,1 Boeing

F-lll rtifa dmeniKanat hcum

kenar


Bor /epoksiBor/epoksi

27,011,0

GeneralDynamics

F-15 rtifa dmenistikamet dmeni

Titanyum AlamAlminyum Alam

Bor /epoksiBor/epoksi

25,035,0

Mc Donnell-Douglas

F- 14 rtifa dmeni Titanyum Alam Bor/epoksi 42,0 - Grumman

F-4 stikamet dmeni Alminyum Alam Bor/epoksi 44,0 Mc Donnell-Douglas

F-5 ni takm

kapaklar

Alminyum Alam Grafit /epoksi 36,0 Northrop

45


52/56

Bir baka gelimi kompozit tipi ise Kevlar (aramid)/epoksidir. Uak yapsnda

olduka yaygn bir kullanm sz konusudur. zellikle karma kevlar-grafit/epoksi

yaplar kullanlmaktadr. Boeing 767'lerde bu karma yap motor kaplamas ve kanat

hcum kenar yaplarnda kullanln tr (Dexter, 1980). Kevlarn dk basma

mukavemeti bu karma yaplarda ortadan kaldrlmtr.

Kk bir yolcu ua olan Lear Fan 2100'de grafit/epoksi arlkl olmak zere

tm yap kompozittir. ki kiilik "Rutan Voyager" ise durmakszn dnyann evresini

dolaan bir uaktr ve karbon/polyester arlkl olmak zere, tamamen kompozitten

imal edilmitir (Phillips, 19G7).

Lockheed-California tarafndan retilen L-1011 yolcu uaklarnda kanatkyaps alminyum alam yerine kompozit malzemeden retilerek %26.3'l (lk bir arlk

kazanc salanmtr. Maliyette ise nemli bir art kaydedilmemitir.

Aerospatiale yapm spersonik yolcu ua Concorde'da grafityepoksi

kompozit, ini takm kapaklarnda kullanlmtr. Airbus A300 yolcu uanda

grafit/epoksi kompozitler istikamet dmeni, aerodinamik fren ve kanat hcum

kenarnda kullanlmtr. Ayn uan kanat firar kenar ve irtifa dmeni kevlar/epoksi

kompozitten retilmitir. A320'lerde bu ksmlara ek olarak radar konisi, motorkaplamas ve tm kuyruk grubu grafit/epoksi kompozitten retilmitir (Herteman,

1989).

Srekli elyaf takviyeli kompozitleri uak tasarmnda geni bir kullanm alan

sz konusudur. Verilen tm rneklerden grld gibi bor/epoksi, grafit/epoksi ve

kevlar/epoksi uak yapsnda kullanlan en nemli kompozitlerdir.

4.1.3. Kompozitlerin Basnl Gaz Kabnda Kullanmlar

Basnl gaz kaplar konusunda, deiik malzemeler ile ok sayda alternatif

zm bulunmaktadr. (rnein elik, alminyum, cam elyaf takviyeli plastikler gibi.)

stenen yksek emniyet faktrnden dolay bu tr basnl kaplarn arlklar genel

olarak ok farkldr. Daha nceden sktrlm gazlar iin hafif basn kaplar

gelitirilmeye balanmtr.bu kaplarn;

Gaz ile alan otobs ve kamyonlarda

Hidrojen, Helyum gibi sktrlm sanayi gaz tayan treylerde.

46


53/56

kullanlmas n grlmektedir.

Bu kaplar ayn byklkteki btn ile elik olan kaplara gre ok daha hafif

olup, bu hafiflik kompozit malzeme ile salanmtr. Cam elyafla kaplanm alminyum

gvde gibi.

Bu kombinasyon alminyum ve cam elyafn optimum malzeme zelliklerinin

kullanlmasna imkan vermektedir. Bu kaplarn avantajlar u ekilde gsterilebilir.

-Gaz ile alan otobs ve kamyonlarn ase arl azaltlr. ase arl /

cam elyafl kaplar ile %35 orannda azalmaktadr.

-Bu ekildeki gaz tankeri, elik gvdeli bir tankere oranla yaklak 2 kat daha

fazla gaz tayabilmektedir.

Bu kaplar yksek iletme performans salayan kaliteli rnlerdir. Bu kaplarn

pazara srlmesi ile ucuz doal gazn kullanm artacak ayn zamanda sv yaktl

motorlarn sebep olduu hava kirlilii azalacaktr.

4.1.4. Dier kullanm alanlar

-Motorlar

-Spor malzemelerinin retimi (kayak, tenis raketleri)-Dili arklar

-zel takmlar

-Kamyon yaprak yaylar

-Karoseri elemanlar

-Boru tesisatlar

-Depolar

-Yap ileri-Deniz aralar yapmnda

-Elektrik kontak malzemeleri

-Nkleer reaktrler

-Srnme direnli manyetik malzemeler

-Batarya zgaralar

-Elektrik elemanlar, stclar

47


54/56

4.2. Sonu

Kompozit malzemeler belirli avantajlar salayan zel rnlerdir. Gnmzde

geni hammadde temin olanaklar ve birletirme metotlar kullancya maksimum

avantaj salayan ok sayda kombinasyonlar mmkn klmaktadr. Kompozit

malzemelerin yksek ve homojen bir kaliteyi garanti edebilmesi ve retim

maliyetlerinin kabul edilebilir dzeyde tutulabilmesi iin yksek teknolojiye dayal bir

ilemin uygulanmas arttr. Dezavantaj ise, kompozit olmayan malzemelere gre daha

pahal olulardr. Ancak son kullanc asndan ekonomik zm arz etmektedir. Bu

husus gnn ve yarnn kompozitleri iin daha geni ve yeni uygulama olanlar aacak

olan itici g niteliindedir.

48


55/56

GR

Kompozit malzemelerin dnyada her geen gn artmakta olan kullanmna

paralel olarak lkemizde de kompozit retimi ve kullanm grlmektedir. Kompozit

malzeme, maliyetin fazla olmasna ramen, ok iyi zgl zellikleri sebebiyle btn

dnyada tercih edilen malzemedir. leriki yllarda gelien teknolojiye kompozit

malzemelerin retim maliyetlerinde azalma olursa kompozit malzemeyi daha bir ok

alanda grebiliriz. Bu gn dnyada kompozit malzemeler bina yapmnda,otomotiv

sanayii dahil olmak zere ulamda, elektrik endstrisinde, denizcilik, havaclk ve uzay

sanayiinde, korozyon direnci istenen yerlerde kullanlmaktadr. Kompozit malzemeden

yaplacak makine elemanlarnda, kompozite has dizayn, retim ve hesaplama

yaplmaldr. Yani nceden kullanlan bir malzemenin sklp yerine kompozitten

olannn taklmas uygun deildir.

lkemizde kompozit malzemeler konusunda yaplan bilimsel almalarda art

grlmektedir. Bu durum, kompozitlerin yakn gelecekte lkemizde de daha fazla

kullanlacann gstergesidir.

49


56/56

KAYNAKLAR

1. GVEN. . Ylmaz, Kompozit Malzemeler ve Kullanm Alanlar, Isparta

Mhendislik Mimarlk Fakltesi. Makine Mh. Blm,

Isparta, 1990.

2. Armatl Kayrak, Mge, Havaclk Kompozitleri ve Mukavemet Maliyet

Analizleri, Anadolu niversitesi, Sivil Havaclk Yksek Okulu, Eskiehir,

1999.

3. Yaa Ersoy, Halit, Kompozit Malzeme, Literatr Yyaynlar, stanbul, Ekim

2001.

4. Metal Meslek Bilgisi, Milli Eitim Bakanl Yaynlar, stanbul 2000.

5. DONALD R. ASKELAND, Malzeme Bilimi ve Mhendislik Malzemeleri,

Nobel Yaynlar, Ankara 1998.

6. zbay, Mahmut, ada Teknolojide Kompozit Malzemeler, Mhendis ve

Makine, Cilt 28, Say 325, ubat 1987.

7. imek, Muhittin, Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemelerin retim Yntemleri

Mhendis ve Makine, Cilt 35, Say 414, Ekim 1994.

8. Taraklar. A.R. - Topu. M. - Tagetiren. S., Kompozit Malzeme Kullanmnda

Tasarm Esaslar, Mhendis ve Makine, Cilt 36, Say 422, Haziran 1995.

9. BREGENZER. Rene, Yeni Kullanm Alanlar in Kompozit Malzemeler,

Mhendis ve Makine, 2000.

10. Taraklar. A.R. - Topu. M. - Tagetiren. S., Kompozitler ve zelliklerini

Belirleyen Faktrler, Mhendis ve Makine, Cilt 36, Say 420, Nisan 1995.

11. Snmez. Fazl nder, Otomotiv Sanayiinde Kompozit Malzeme Kullanm,

Mhendis ve Makine, Cilt 39, Say 465, Mays 2000.

12. Robert. C. Forney, Kompozit Malzemeler a, Teknik ve Uygulama, Say 11,

Ekim 1987.

Documents

Kompozit Malzemeler Ve Mekanik Ozellikleri