Kompozit Malzemeler Kompozit Malzemeler (PMK) Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 1/118 POL İMER MATR İKSL İ KOMPOZ İTLER (PMK)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 2/118 POL İMER LER TERMOPLAST İKLER ELASTOMERLER (KAUÇUKLAR) TERMOSETLER KR İSTAL İN AMORF Burada incelenmeyecek, genelde sadece lastik üretiminde kompozit yapımında de ğerlendirilir. PMK’ LERDE MATR İKS MALZEMELER İProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 3/118 Polimerler organik moleküllerdir. Moleküler a ğırlıkları = 10.000 – 1.000.000 g/g.mol Mer: tek bir molekül Polimer: Küçük moleküllerin birle şmesi ve çok büyük molekülleri oluşturması Polimer molekül boyutu arttıkça ergime derecesi ve mukavemet artar.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 4/118 Hafiflik, yüksek korozyon direnci, dü şük mukavemet, yüksek sıcaklıkta kullanılamama Nispeten ucuz, kolay şekillendirilebilme (plastik po şetlerden mekanik di şlilere kadar) Fiziksel Açıdan -I şığı geçirebilirler (cam yerine kullanılabilme), - Elektriksel olarak izolatör ( Özel iletken polimerler mevcut) -Dü şük sürtünme katsayısına sahip polimerler var. -Baz ı polimerler ışığı elektri ğe çevirir Oyuncak, ev e şyaları, yapısal, dekoratif kaplama, boya, yapı ştırma, Otomobil lastiği, köpükler, paketleme malzemeleri. POL İMERLER İN GENEL ÖZELL İKLER İProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 5/118 Olu şum şekline göre Polimerler; Doğal olarak olu şan polimerler bitki ve hayvanlardan elde edilenler, -Odun, kauçuk, pamuk, yün, deri, ipek, enzimler, ni şasta selüloz Sentetik polimerler, PE, PVC, PEET, vs.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 6/118 Polimerler genelde hidrokarbon molekülleri C ve H atomlarından olu şmu şlardır. Moleküller arası bağ = kovalent Kovalent ba ğda : Her bir C 4 elektrona sahip Tekli ba ğ : Her bir H 1 elektrona sahip C – C arasında tek, çift veya üçlü ba ğ meydana gelebilir. Örnek: ? H ? H ? H CC ? H = Çift ba ğ C2H4 (Etilen): C2H4 (Asetilen) H - C ? C – H Üçlü ba ğ H İDROKARBON MOLEKÜLLER İProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 7/118 Tablo: Bazı parafin Bile şiklerinin kompozisyon ve moleküler yapılarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 8/118 Çift ve üç ba ğlı moleküller doymamış hidrokarbon molekülleri Doymu ş hidrokarbonlarda tüm ba ğlar tek ba ğlıdır. Kovalent ba ğlar çok kuvvetli Tablodaki parafin molekülleri tek ba ğlı, (Bu nedenle ergime dereceleri çok dü şük) Molekül a ğırlığı arttı ğı zaman ancak ergime sıcaklığı ve dayanım artar. İzomerizm: Aynı kompozisyon fakat farklı atomik düzende olan hidrokarbon demektir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 9/118 H H H H ???? H ? C ? C ? C ? C ? H ???? H H H H H ? H ?C ? H H H ?? H ? C ? C ? C ? H ??? H H H Bütanın iki izomerinden (a: Normal bütan) Bütanın iki izomerinden (b: İzobütan) Özellikler izomerizme ba ğlı: Örnek: Normal bütanın kaynama sıcaklığı = - 0.5 °C İzobütanın kaynama sıcaklığı = - 12.3 °CProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 10/118 H H H H H H H H ???????? C ? C ? C ? C ? C ? C ? C ? C Etilen polimeri ???????? H H H H H H H H Etilen meri POL İMER MOLEKÜLLERİ Polimerler çok büyük hidrokarbon molekülleridir. Polimerler makro moleküller olarak da adlandırılır. Molekülde atomlar kovalent bağlar ile ba ğlanarak bükülebilir çok uzun zincir olu şturur.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 11/118 Polimer Moleküllerinin Kimyası Bir C2H4 (Etilen) ele aldı ğımızda Etilen oda sıcaklığı ve atmosferik basınçta gazdır. Etilen yüksek bir sıcaklık ve basınçta bir katalizörle tutulursa, polietilene (PE) dönü şür. H H ?? C =C ?? H H PE katı bir polimerdir. Reaksiyon, etilen ve aktif bir katalizör (R ·)yardımıyla olu şur. H H H H ?? ?? R· +C = C ?› R ? C ? C · ?? ? ? H H H HProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 12/118 Tekrarlanan yapı artık polietilen aktif merinin ana mere bağlanıp ço ğalması ile olu şur. Aktif uç (reaksiyon ucu) C · olarak gösterilen ve payla şılmamış elektron içeren uçtur. H H H H H H H H ?? ?? ???? R ? C ? C · +C = C ?› R ? C ? C ?C ? C· ?? ?? ???? H H H H H H H H Çok sayıda etilen molekülü birle şip polietileni meydana getirmektedir. Çok sayıda etilen molekülü birle şip polietileni meydana getirmektedir. C – C ba ğları arası mesafe 0,154 nmProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 13/118 Şekil. Polietilen molekülünün küçük bir parçası; a) Mer ve zincir yapısının şematik gösterimi, b) C atomları arası açı 109° olan gerçekçi zincir modeli Polietilende H atomlarının yerini F alırsa Polimer: Polytetrafloretan (PTFE) şeklini alır. Ticari isimi = TEFLON Florokarbon polimeri olarak da adlandırılır. Şekil. a) Polytetrafloretan (PTFE) b) polivinilklorür (PVC), polipropilen (PP)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 14/118 Zincirdeki tüm tekrarlı mer birimleri birbirinin aynı tipi ise bu tür polimer: HOMOPOL İMER Zincir yapısı iki veya daha fazla farklı mer biriminden olu şursa bu polimer: KOPOL İMER Şekil. a) Rastgele dizimli, b) Alternatif dizimli, c) Blok ve d) A şılı kopolimer örnekleri Zincir yapısı iki farklı polimerden ise polimer (kopolimer) daha üstün Kopolimerler homopolimerlerden daha üstün özelliklere sahiptir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 15/118 Polimerizasyon: Monomerlerin birbirine ba ğlanması ile küçük bir molekülden uzun zincir yapılı bir malzeme olu şturma. Çok sayıdaki monomerin temel yapı üzerinde tekrarlanması. Polimerizasyon reaksiyonları: Eklemeli polimerizasyon Yoğunla ştırma polimerizasyonu Kombinasyon polimerizasyonuProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 16/118 (Zincir reaksiyonu polimerizasyonu olarak da bilinir). Tekrarlı yapı aslında monomerin kendisidir. Eklemeli polimerizasyonda: 1. Başlama, 2. İlerleme, 3. Tamamlanma kademeleri var Başlama: Katalizör (ba şlatıcı) ve monomer birimi arasındaki reaksiyonla ilerleyecek bir merkez olu şur. Polietilende oldu ğu gibi. Eklemeli PolimerizasyonProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 17/118 H H H H ?? ?? R· +C = C ?› R ? C ? C · ?? ?? H H H H R = Aktif katalizör, · : payla şmamış elektron İlerleme : Monomerlerin birbirine ba ğlanması ile lineer büyüme olur. PE için H H H H H H H H ?? ?? ???? R ? C ? C · +C = C ?› R ? C ? C ?C ? C· ?? ?? ???? H H H H H H H H Zincir büyümesi oldukça hızlıdır Örnek 100 merden olu şan bir zincir 10 -2 sn - 10 -3 sn arasında büyür.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 18/118 Tamamlanma: İlerleme farklı şekillerde son bulur. İlerleyen iki zincir reaksiyona girerek aktif olmayan bir molekül olu şturur ve zincirin ilerlemesi durdurulur. Aktif bir uç ba şka bir ba şlatıcı ile reaksiyona girebilir Veya tek bir aktif ucu olan bir kimyasal madde ile reaksiyona girebilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 19/118 Basamaklı Reaksiyon olarak da adlandırılır. Intermoleküler kimyasal reaksiyonlarla olu şur. Herbir basamak basit bir bile şiktir. Herbir bile şik bir reaksiyon ürünüdür Polyesterin etilen glikol ve adipik asit arasındaki reaksiyondan olu şumu örne ği Eklemeli ve Yo ğunla şma Polimerizasyonu birlikte olu şur. Yoğunla şma Polimerizasyonu Kombinasyon PolimerizasyonuProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 20/118 Metallerde kristalinite atom düzeni, polimerlerde ise zincir düzeni ile belirlenir. Polimer zincirleri her zaman düzenli değil. Bir kısım zincirler düzenli sıralanır Sıcaklığın fonksiyonu olarak polimerlerin spesifik hacmi. Amorf polimerlerde Tg (cam geçi ş sıcaklığı) var ve belirli bir ergime derecesi (T M ) yok Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 21/118 MALZEME T g (°C) T m (°C) Nylon 6,6 Polikarbonat Polyester Polietilen Yüksek Yo ğunluk Dü şük Yo ğunluk Polimetilmetakrilat Polipropilen Polisitren Teflon PVC Teflon 57 150 73 -90 -110 105 -14 100 -90 87 -73 265 265 265 137 115 - 176 239 327 212 - Tablo. Bazı polimerlerin cam geçi ş ve ergime sıcaklıklarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 22/118 a) Lineer b) Dallanmış c) Çapraz bağlı d) Şebeke yapılı Zincir şekillerine göre polimerler 4 gruba ayrılır:Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 23/118 PMK Malzeme üretiminde en çok kullanılan matriks malzemeleri ve kompozitlerinin mekanik özellikleri MATERIAL UTS (MPa) E (GPa) ELONGATION IN 50 mm (%) POISSON’s RATIO ( ?) ABS ABS (reinforced) Acetals Acetals (reinforced) Acrylics Cellulosics Epoxies Epoxies (reinforced) Fluorocarbons Nylon Nylon (reinforced) Phenolics Polycarbonates Polycarbonates (reinforced) Polyesters Polyesters (reinforced) Polyethylenes Polypropylenes Polypropylenes (reinforced) Polystyrenes Polyvinyl chloride 28-55 100 55-70 135 40-75 10-48 35-140 70-1400 7-48 55-83 70-210 28-70 55-70 110 55 110-160 7-40 20-35 40-100 14-83 7-55 1.4-2.8 7.5 1.4-3.5 10 1.4-3.5 0.4-1.4 3.5-17 21-52 0.7-2 1.4-2.8 2-10 2.8-21 2.5-3 6 2 8.3-12 0.1-0.14 0.7-1.2 3.6-6 1.4-4 0.014-4 75-5 - 75-25 - 50-5 100-5 10-1 4-2 300-100 200-60 10-1 2-0 125-10 6-4 300-5 3-1 1000-15 500-10 4-2 60-1 450-40 - 0.35 - 0.35-0.40 - - - - 0.46-0.48 0.32-0.40 - - 0.38 - 0.38 - 0.46 - - 0.35 -Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 24/118 Özellik Birim Polipropilen Naylon 6.6 Polikarbonat Yo ğunluk g/cm 3 0.90 1.14 1.06-1.20 Elasitisite Modülü GN/m 2 1.0-1.4 1.4-2.8 2.2-2.4 Poisson Oranı 0.3 0.3 0.3 Çekme Mukavemeti MN/m 2 25-38 60-75 45-70 Uzama % >300 40-80 50-100 Isı Iletkenliği W/mC 0.2 0.2 0.2 Termal genleşme kat. 10 -6 C 110 90 70 Distorsiyon sıcaklığı C 60-65 50-110 110-140 Ergime sıcaklığı C 175 264 ---- Su emme(24 s -20 o C) % 0.03 1.3 0.1 En çok kullanılan üç termoplasti ğin 20 o C de bazı özellikleri.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 25/118 Tablo. Epoksi ve Polyester reçinelerin Özellikleri Özellik Birim Epoksi Reçineler Polyester Reçineler Yoğunluk g/cm 3 1.1-1.4 1.2-1.5 Elasitisite Modülü GN/m 2 3-6 2.0-4.5 Poisson Oranı 0.38-0.4 0.37-0.39 Çekme Mukavemeti MN/m 2 35-100 40-90 Basma Mukavemeti MN/m 2 100-200 90-250 Uzama % 1-6 2 Isı İletkenliği W/mC 0.1 0.2 Termal genle şme kats. C 50-300 50-110 Distorsiyon sıcaklığı C 50-300 50-110 Katıla şırken çekme % 1-2 4-8 Su emme (24 s-20 o C) % 0.1-0.4 0.1-0.3Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 26/118 + Polimer “Matriksler” “Takviye Malz.” = “Kompozit Bile şenler”Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 27/118 PMK Malzemelerde Takviye Malzemeleri Cam Karbon, Grafit Aramid Bor Polimer PMK malzemelerde kısıtlı türde takviye malzemesi kullanılmakta. Polimerler dü şük sıcaklıkta üretilir ve birçok fiber üretim şartlarında polimerlerle ba ğ yapamazlar Sadece 5 tür takviye elemanı kullanılır. Çok nadir hallerde yüzeyleri özel olarak de ğiştirilmi ş seramik fiberler kullanılabilir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 28/118 Sürekli fiberler de ğişik şekillerde örülebilir Şekil. Özellikle polimerler için örülen de ğişik fiber şekilleri.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 29/118 Şekil. Uygulama sahasına göre özel örülmü ş fiber düzenleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 30/118 Şekil. Yük uygulama açısının de ğişimine göre fiberlerden elde edilecek gerilme değerlerinin de ği şimi. Gerilme yönü ve fiberler arası açı Çekme Gerilmesi (MPa) Fiber örgü örnekleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 31/118 Bile şen E Camı C Camı S Camı SiO2 52.4 64.4 64.4 Al2O3.Fe2O3 14.4 4.1 25.0 CaO 17.2 13.4 - MgO 4.6 3.3 10.3 Na2O.K2O 0.8 9.6 0.3 Ba2O3 10.6 4.7 - BaO - 0.9 - Cam Fiberler Tablo. Cam fiber üretiminde kullanılan cam çe şitleri ve bile şimleri (% a ğ.) Cam fiber üretimi için çok de ği şik bile şimde cam mineralleri kullanılır. Çok de ği şik türde de cam fiber mevcut, Örnek: S, C, E, C, R, D.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 32/118 E camı = E elektriksel özellikli camı ifade eder İyi mukavemet, modül ve elektriksel özellikler Fiber üretimi oldukça kolaydır. C camı = Korozyona dayanımı temsil eder. Kimyasal korozyona kar şı oldukça dirençlidir. Mekanik özellikleri E camına göre daha kötüdür. Maliyeti de yüksektir. S camı = Yüksek mukavemet ve modülü temsil eder Hem E ve hem de C camından daha yüksek maliyete sahip ve daha yüksek mukavemet ve elastik modül özellikleri sergiler. Yüksek sıcaklıkta bile mukavemetini muhafaza edebilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 33/118 Karbon Fiberler Karbon (C) elementi = 2.268 g/cm3 C allotropik malzeme Fiber üretiminde, C fiberler hegzagonal yapıda C – C ba ğları arası mesafe 0,154 nm Grafit fiberlerde ise C- C ba ğları arası mesafe 0.142 nm Şekil. Grafitin kristal yapısıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 34/118 Karbon fiber PMK malzemelerin önemli özellikleri: -D ü şük yo ğunluk (Alüminyumdan % 40 dü şük) - Yüksek mukavemet (yüksek mukavemetli çelik kadar mukavemetli) - Yüksek elastik modül(Ti dan daha yüksek modül ve daha düşük yo ğunluk) - İyi yorulma direnci (Neredeye limitsiz yorulma ömrü) - İyi sürünme direnci -D ü şük sürtünme, iyi a şınma direnci (ya ğlama altında çalışan çeli ğe e şit sürtünme katsayısı) -D ü şük elektriksel direnç - Yüksek elektromagnetik etkile şim - Yüksek termal iletkenlikProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 35/118 Karbon fiberler de ğişik özellikte olabilir. Genel Özellikler: Düşük yo ğunluk Yüksek elastik modül ve yüksek mukavemet Ortalama maliyet Standart Elastik modüllü: 207-240 GPa Orta ölçekli elastik modüllü: 240-340 GPa Yüksek elastik modüllü: 340-960 GPa Fiber çapları 5-8 mikron arasında (insan saçından ince)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 36/118 Takviye amaçlı Karbon fiberler üç türlüdür: 1. PAN (Polyakrilonitril) 2. PITCH (Petrol ürünlerinden) 3. Rayon (Kimyasallardan)-Artık kullanılmıyor Karbon Fiberlerin Mekanik Özellikleri PAN Esaslı PITCH Esaslı Rayon Esaslı Elastik Modül (Mpsi) 33 - 56 23 -55 5.9 Çekme Mukavemeti(Mpsi) 0.48 - 0.35 0.2 - 0.25 0.15 Uzama (%) 1.4 - 0.6 0.9 - 0.4 25 Yo ğunluk (g/cm3) 1.8 - 1.9 1.9 - 2.0 1.6 Karbon miktarı (%) 92 - 100 97 - 99 99Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 37/118 Seçilmiş bazı C fiberlerin mekanik özellikleri Fiber Türü Ürün Kodu Çekme Mukavemeti (GPa) Elastik Modül (GPa) Uzama (%) PAN T300 T1000 M55J IM7 3.53 7.06 3.92 5.30 230 294 540 276 1.5 2.0 0.7 1.8 GP-Pitch HP-Pitch KCF200 Thornel P25 Thornel P75 Thornel P120 0.85 1.40 2.0 2.20 42 140 500 820 2.1 1.0 0.4 0.2Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 38/118 PITCH ve PAN esaslı C fiberlerin üretim akım şeması. PAN Polimerizasyon PITCH Pitch Hazırlama (izotropik/anizotropik) Islak Döndürme Sıvı Döndürme Aktivasyon (Reaktif atm.) Stabilizasyon (Oksitli atm.) Aşılama (Oksitli atm.) Karbonizasyon (inert atm.) Grafitizasyon (inert atm.) KARBON F İBER Karbonizasyon (inert atm.) Grafitizasyon ( İnert atm.) KARBON F İBER AKT İVE ED İLM İŞ F İBERProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 39/118 Uzay araçlarında C fiber kompozitler ba şarıyla kullanılmakta. -Yükleme ve geçi ş bölmelerinde ve itici kuyruklarda, solar panellerde epoksi C fiber PMK, PEEK matriks yüksek elastik modüllü C (350 GPa) PMK kompozitler Primer yapı olarak Airbus A310/A320 dikey kuyruk kutularında tokla ştırılmış epoksi grafit fiber kullanılmakta. C fiber PMK malzemeler a ğırlık kazanımı için otomobillerde kullanılmaya ba şlanmış.paneller, tamponlar, şaftlar, motor bile şenleri Sürekli C fiber takviyeli PMK malzemeler elektronikte sıcaklığı dü şürmek amacıyla kullanılmaktadır. C fiber kompozitler beton takviyesinde kullanılır.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 40/118 Tablo. Tek yönlü dizilmi ş C fiber takviyeli epoksi matriksli kompozitlerin ve yine epoksi matriksli farklı fiber takviyeli kompozitler ile farklı malzemelerin kar şıla ştırılması Gerilme (MPa) Çekme Basma E. Modül (GPa) Yo ğun. (g/cm3) Epoksi/C fiber (Yüksek muk.) Epoksi/C fiber (Yüksek modül) Epoksi/S cam fiber Epoksi/E cam fber Epoksi/Kevlar 49 fiber Alüminyum (7075T6) Titanyum (6Al-4V) Çelik (4130) 1482 1276 1751 1103 1310 572 1103 1300 1227 1020 496 490 290 - - - 145 207 59 52 83 69 114 207 1.55 1.63 1.99 1.99 1.39 2.76 4.43 8.01Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 41/118 Aramid Fiberler (Kevlar, Twaron) Cam fiberlerin performansı yetersiz kaldı ğında uygulanır. Savunma sanayii, balistik uygulamalar, kur şun geçirmez yelek, endüstriyel spor e şyaları Camdan daha yüksek mukavemetli ve daha hafif. Karbon fiberlerden daha sünek, Maliyeti karbon ve cam fiberlerden daha fazlaProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 42/118 Aramid fiberler C, O, N ve H nin aromatik bir bile şimidir Kevlar ve Twaron ticari isimlerdir. Üretilen Hammaddesi: Para-phenylene-tere-phthalamide (Aramid) Polimer ilkin yıkanır ve sülfürik asitte çözündürülür Polimer yapısından dolayı çözünmü ş halde kısmen yönlenmiş haldedir. Polimer çözeltisi küçük bo şluklu kalıplardan ekstrüzyon i şlemine maruz bırakılır. Çözeltilerin döndürülme ile üretilmesine (spinning) benzerdir. Fiberler tekrar yıkanarak kurutulur ve istenen şekillerde sarılıp veya örülür. Ekstrüzyona uğrayan her bir küçük demetin içinde 134 den 10,000 arası fiber bulunur.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 43/118 Şekil. Kevlar fiberlerin yapısı. Kevlar oksijen ve hidrojen arasında ikincil ba ğlarla ba ğlanır. E ğme uzaması (%) Gerilme (GPa) Kevlar fiberlerin tipik gerilme- uzama diyagramı.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 44/118 Kevlar Fiber özellikleri Kevlar 29 49 149 Elastik Modül MPa 83 131 186 Çekme Mukavemeti MPa 3,6 3,6 3,4 Uzama % 4 2,8 2 Yo ğunluk g/cm 3 1,44 1,44 1,47 Şekil. Kevlar 49 fiberin taramalı elektron mikroskobunda elde edilmi ş foto ğrafı.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 45/118 Hg elektrod Hg elektrod BCl 3 + 3H 2 B B fiber sarımı W, C tel besleme HCl Bor Fiberler Üretimi Kimyasal buhar depozisyonu (CVD) ile üretilir. (2500 F) Çok küçük çapta bir altlık (W veya C; çap =0.0005 inç ) bir cam reaktörden geçirilir ve reaktöre uygun gazlar gönderilir. Reaksiyona göre Bor buharları telde yo ğunla şır. 2BCl 3 + 3H 2 = 2 B + 6 HClProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 46/118 Bor Fiber Özellikleri Yoğunluk: 2.5 g/cm3 Elastik Modül: 400 GPa Çekme Gerilmesi: 2.8 GPa Çekmede Uzama: % 0.7 Eksenel CTE: 4.9 PPM/oC) (CTE: Termal genle şme katsayısı) SiC fiberler, Polimerik fiberler (PE, Naylon, PP) birçok uygulamada kullanılır.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 47/118 Şekil. Bazı önemli fiberlerin, metallerin ve polimerlerin spesifik gerilme ve spesifik modül değerlerinin kar şıla ştırılması Spesifik modül (x10 8 in.) Spesifik mukvemet (x10 6 in.)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 48/118 Tablo. Seçilmi ş bazı takviye malzemeleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 49/118 Fiber Özellikleri Çekme Gerilmesi x10 3 psi 10 6 psi Young Modülü YoğunlukProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 50/118 Kompozit Üretim yöntemlerinin sınıflandırılmasıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 51/118 Elle Yatırma (Hand Lay-Up) İlkin açık bir kalıp hazırlanır, takviye malzemesi kalıba yerle ştirilerek yüzeye reçine sürülür. Yeterli kalınlık elde edilinceye kadar tabakalı olarak i şlem devam ettirilir. Kalıplamada kompozit içinde kalan havanın dışarı atılması için yüzey merdanelerle sıkı ştırılır. Reçinelere katalizör ve sertle ştirici ilavesi yapılarak ısı uygulanmaksızın sertleşmesi sa ğlanır. Bu yöntemle cam fiber takviyeli sandallar, radar kılıfları, borular, tanklar, korozyona dayanımlı teçhizatlar, otomobil parçaları, düz ve oluklu levhalar ba şarılı olarak üretilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 52/118 Kalıplamadan önce kalıp yüzeyine jel halinde bir polimer püskürtülür (pürüzsüz yüzey için- kalıptan kolay sıyırma). Sandviç türü PMK ler de üretilebilir. Polimer ve takviye Merdane Fırça Kalıp Kuru takviye Reçine İnce jel Elle yatırma yöntemi ile üretilen Epoksi/cam fiber snowboard. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 53/118 Püskürtme Metodu Metod elle sıvama tekni ğinin mekanize edilmiş halidir. Elle sıvama tekni ğine göre çok daha kısa sürelerde ve daha ba şarılı PMK malzemeler daha az polimer israfı ile üretilebilmektedir. Elle yatırma tekni ği ile birlikte açık kalıp metodu olarak bilinir. Kırpılmış fiber akışı Merdane Polimer püskürtme Kalıp - Otomotiv, -H a vac ılık , - Spor e şyaları, - Endüstriyel uygulamalar Püskürtme için kısa cam fiberlerProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 54/118 Issues and Analysis •N i s p e t e n h ızlı ve basit metotdur. Tek adımda hem fiber ve hem de matriks uygulanır. • Ortalama yatırım maliyetli. • Temiz ve sa ğlıklı bir çalışma ortamı için dikkatli olunmalı. • Sadece kısa ve rastgele da ğılmış fiberler için uygun (bu durum mekanik özelliklerde kısıtlama demek) • Uygulama kolay ancak püskürtme tabancası ayarı ve kullanıcının tecrübesi ürünün özelliklerini direkt etkiler. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 55/118 Keseli Kalıplama Önceden hazırlanmı ş tabaka şekilli PMK malzemelerin (prepreg) şekillendirilmesi ve yoğunla ştırılması için çok eskiden beri kullanılmaktadır. Yarı sertle ştirilmi ş PMK malzeme bir kalıba yatırılır ve üzeri elastik bir torba ile kapatılır. Isıtma ve basınçla beraber PMK malzeme şekillendirilip sertle ştirilir. İyi eğitilmi ş tecrübeli işçiler ve polimerlerin iyi tanınması gerekmektedir. Keseli kalıplama; i) Basınçlı ii) Vakumlu iii) Otoklavda keseli kalıplama (vakum + basınç)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 56/118 (a) Vakum-keseli kalıplama, (b) basınçlı keseli kalıplama Keseli Kalıplama Avantajları: Tabakaların homojen olarak konsolidasyonu Son üründe bo şlukların kaldırılması Gereksiz reçinenin malzemeden atılabilmesi Takviye ve reçinenin ba ğını arttırmak ve hızlı polimerizasyon. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 57/118 Vakumda proses elle yatırma i şlemine benzer başlar. Şekillenecek parça üzerine de ğişik amaçla örtüler (kese) uygulanır. Vakum, fazla reçinenin dışarı atılmasına ve şekillenmeye yol açar. Reçine içindeki hava bo şlukları kolaylıkla dışarı atılabilir. Hava/reçine sızdırmama tabakası Vakum pompasına Koruyucu tabaka Sızdırmaz Ayırma filmi Vakum kesesi(örtü) Prepreg tabakası Kalıp (ayırıcı uygulanmış) Vakumda keseli kalıplama Hava Kauçuk Kalıp Basınçlı keseli kalıplamaProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 58/118 İplik Sarma Metodu Üç de ğişik iplik sarma metodu mevcut: A) Ya ş sarma B) Kuru sarma C) Çift emdirmeli sarma Yaş sarma en çok tercih edilen yöntemdir. Çok de ğişik tipte reçineler ya ş sarma yönteminde kullanılır. Hızlı üretim dü şük üretim maliyeti Takviye malzemesi (fiberler) reçine tankından geçirilir ve bir mandreal üzerine sarılır. Yeterli kalınlık sa ğlandıktan sonra genelde silindirik şekilli kompozitler elde edilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 59/118 Yaş sarmada reçine sisteminin belirli özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bunlar: i) Sarılı yapıdaki gaz ve gaz kabarcıklarının olmaması için reçinedeki uçucu bile şiklerin oranı düşük olmalı. ii) Reçinenin viskozitesi takviye fazlarını tamamen ıslatıp aralarına girmesini sa ğlayacak şekilde dü şük olmalı. ii) Katalizör ilave edilmi ş reçinede sertleşme büyük parçaların üretilmesi süresine göre ayarlanmalıdır. Kuru sarma i şleminde önceden reçineden geçirilmi ş fiberler bir yumu şatma fırınından geçirildikten sonra veya do ğrudan doğruya mandreale sarılır. Çift emdirmeli sarma i şleminde kuru sarmadaki işleme ilave olarak, mandrealde PMK malzeme üzerine tekrar termoset plastik püskürtme i şlemi gerçekle ştirilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 60/118 Yöntemin yatırım maliyeti dü şük İşlem oldukça basit Parça boyutu çok büyük ve çok küçük olabilir. Bir mandreale sarıldıktan sonra alınıp çubuklar veya tenis raketi gibi parçaların üretiminde kullanılabilir. Helisel sarma Kutupsal sarma Dairesel sarmaProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 61/118 Bir termoplastik kompozitin iplik sarma yöntemi ile üretilmesi ve bu yöntemle elde edilen de ğişik parçalarProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 62/118 Şekil. a) İplik sarma metodunun şematik gösterimi, b) Boeing 767 şişme cankurtaranı içi Al üzerine sarılan cam fiberlerProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 63/118 Şerit şeklindeki takviye malzemeleri de iplik sarma ile üretilebilir (Örnek: karbon şeritler) - Günümüzde bilgisayar kontrollü olarak istenen geometride ürünler elde edilebilmektedir. - Islak sarma ile üretilen parçalar atmosferik şartlarda sertle şmeye terk edilir, dış etkenlerle sertleştirilebilir. - Kuru veya çift emdirmeli sarmada sıcak kalıptan geçirdikten sonra ikincil şekil verilebilir veya tekrar üzerine reçine emdirilebilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 64/118 İplik sarma yöntemi ile üretilen bazı parçalarProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 65/118 Pültrüzyon Metodu - Sürekli takviye fiberleri bir reçine tankından geçirildikten sonra fiber demetleri sıcak bir kalıpta sertle ştirilir. - Pültrüzyon metodu ekstrüzyona benzemektedir. Ancak Ekstrüzyonda üretilecek parçanın hammaddesi kalıba itilir, pültrüzyonda ise kalıba çekilir. - Yöntem ile sabit kesitli de ğişik profiller, çubuklar, düz ve oluklu levhalar üretilmektedir. Üretim hızı yüksektir. Pültrüzyon metodu ile kompozit şekillendirilmesiProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 66/118 - Pültrüzyon metodu ile PMK üretmede sertle şme (polimerizasyon) i şlemi radyo frekansı, enfraruj veya mikro dalga enerjisi ile ısıtma teknikleri kullanılmaktadır. - İplik sarma yönteminde oldu ğu gibi ya ş ve kuru pültrüzyon teknikleri ayrı ayrı uygulanmaktadır. -Ya ş pültrüzyonda reçine tankından geçirilen fiberler hemen kalıplanıp sertle ştirilmekte iken kuru pültrüzyonda tavlanıp yumu şayan PMK malzeme bu halde iken şekillendirilir. -Ya ş yöntem dü şük maliyetin önemli oldu ğu durumlarda, kuru yöntem ise yüksek mukavemetin önem kazandığı uygulamalarda kullanılır. -Ba şta polyesterler olmak üzere epoksi, poliamid, polisülfon reçineleri cam ve grafit takviye fazları ile birlikte pültrüzyon tekni ğinde kullanılırlar. -Yüksek korozyon dayanımının istendi ği bir alanda vinil ester matriksli kompozit, yüksek mekanik mukavemet ve elektrik iletkenliği istenen alanlarda ise epoksi PMK kullanılır.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 67/118 Pültrüzyonla tek adımda tabakalı PMK üretilebilir. Daha kontrollü polimerizasyon için sertle ştirme mikro dalga tekni ği kullanılır.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 68/118 Pültrüzyon yöntemi ile daha sonra nihai şekil verilecek yarı sertle ştirilmi ş tabaka şekilli PMK malzemeler (Prepreg) üretilebilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 69/118 a) Fiberler reçine tankından geçirildikten sonra plaka şekilli prepregler elde edilir. Bu prepregler daha sonra keseli kalıpma, preste kalıplama gibi yöntemler ile nihai haline getirilir. b) Epoksi matriksli B fiber takviyeli bir prepreg şeritProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 70/118 • Pültrüzyon yöntemi ile üretilen prepreglerin daha sonra preste şekillendirilen ve prepreglerin farklı yönlerde dizimini gösteren şekil; a) Model, b) gerçek mikroyapı. Fiberler arasına infiltre olan reçineProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 71/118 Fiber makarası Metal şerit Difüzyonla birleştirme 0.4 mm Aramid-polimer Alüminyum Alüminyum Aramid-polimer 0.2 mm Şekil. Alüminyum-aramid fiber takviyeli PMK çifti, uzay uygulamaları için üretilmekte Özellikle son yıllarda metal + PMK kompozit çiftlerinin birlikte üretilmesi çalışmaları yo ğun. % 50-70 fiber takviyeli PMK malzemeler Al, Ti veya paslanmaz çelik gibi metallerle pültrüzyon ve takiben difüzyonla birle ştirilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 72/118 Bazı pültrüzyon ürünleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 73/118 Preste (Basınçlı) Kalıplama En eski PMK kalıplama ve sertleştirme tekniklerden biridir. Reçine + takviye karışımı(Prepreg) iki parçadan olu şan kalıplarda ısı ve basınç altında sertleştirilir. Başlangıçya t ırım maliyeti ve kalıp maliyetinin yüksektir, Ancak bu sistemin çe şitli avantajları mevcuttur. Bunlar; Üretim hızı yüksektir Özellik kontrolü(fiber-matriks oranı, bo şluk miktarı) mümkün. Karma şık şekilli ürünler dar boyut toleransında üretilebilir. Kaliteli parça üretimi gerçekle ştirilir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 74/118 Yatırım maliyeti çok yüksektir (kalıplar pahalı). Çok sayıda ve hızlı ürün elde edilmektedir. Sistem aynı zamanda e ş kalıp yöntemi olarak da bilinir. Isı altında ve yüksek basınç altında polimerizasyon (sertle şme) tamamlanır Levha şekilli parçalar üretildi ğinde: Sistem SMC (Sheet Molding Compound) yöntemi, Üç boyutlu (monolitik) parçalar üretildi ğinde: Sistem BMC (Bulk Molding Compound) yöntemi,Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 75/118 Enjeksiyonla Kalıplama Genelde termoplastik malzemelerin üretimlerinde kullanılırken bazı termoset malzemelerin üretiminde de kullanılır. Termoset malzemeler üretilirken genelde kısa fiberlerle takviye edilmi ş PMK ler üretilir. Kalıp, bünyedeki havanın kompozitte kalmaması için vakuma da alınabilir. Enjeksiyonla kalıplama genelde süreksiz takviyeli kompozitlerin üretiminde kullanılır. Malzemenin kalıba beslenmesine göre iki de ği şik uygulama yöntemi mevcut: a) İtmeli b) DönmeliProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 76/118 Kalıba ürün besleme prensibine göre İki farklı enjeksiyon türü: a) İtmeli, b) DönmeliProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 77/118 Enjeksiyon yöntemi ile üretilen bazı PMK malzemeler, Metalik bile şenler enjeksiyon öncesi kalıba yerleştirilir ve kalıp kapatıldıktan sonra istenen kısmı metalik istenen kısmı PMK malzeme elde edilmi ş olur. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 78/118 Enjeksiyon yöntemi ile farklı polimer bileşenleri arasında reaksiyon gerçekle ştirilip aynı anda kalıba verilip yeni bir polimer, kompozit ve hatta bu yöntemle polimerlerden hareketle seramik kompozitler bile elde edilebilir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 79/118 Ekstrüzyon Enjeksiyona bezer ancak ürün bir kalıpta sıkıştırılmak yerine kalıptan sürekli olarak itilerek şekillendirilir. Ekstrüzyon çok büyük miktarlarda ve sürekli ürünlerin üretilmesinde kullanılmaktadır. Extrüzyon ürünleri uzun, içi dolu, içi bo ş ve kompleks kesite sahip ürünler olabilir. Tipik bir ekstrüderProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 80/118 Reçine Transfer Kalıplama Fiberler bir preform olu şturacak şekilde istenen şekilde örülürler. Preform sonrasında kalıba yerleştirilir. Reçine takiben kalıba pompalanır. Polimerizasyon kalıpta tamamlanır ve ürün kalıptan alınır.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 81/118 Reçine transfer kalıplama ile üretilen bazı parçalarProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 82/118 Şi şirme Kalıp Şekil . Üç istasyonlu bir şişirme kalıp sistemi. Şişe gibi polimerik ürünler ve bunların kompozitlerin bu yöntemle üretilir. Genelde termoplastik kompozitler için uygundur. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 83/118 Dönmeli Kalıp Konserve kutuları, kovalar ve plastik futbol topları gibi Polimerler ve PMK malzemeler bu yöntemle üretilir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 84/118 Termal Şekillendirme Termoplastik plaka ve şeritlerin şekillendirilmesinde kullanılan termal şekillendirme metodu. Reklam pano ve işaretleri, bisküvi ve şeker tepsileri, du ş tekne panelleri ve paketleme ürünlerinin şekillendirilmesinde kullanılır. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 85/118 Döküm, Potlama ve Kapsülleme Şekil a) Döküm, b) Potlama (slip dökme) ve c) kapsülleme yöntemleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 86/118 POL İMER KOMPOZ İT MALZEMELER OTOMOT İV SEKTÖRÜ UZAY VE HAVACILIK SPOR ARAÇLARI YAPISAL UY- GULAMALAR PMK MALZEMELERİN TEMEL KULLANIM ALANLARIProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 87/118 A- Uzay ve Havacılık Uzay Meki ğinde Gövde kaplama bile şenleri (çelikten çok daha hafif) Ticari Uçaklarda Kanat kısımlarının tamamı Kuyruk kısımları Sava ş uçaklarında (jetler) Kanat kısımları, kuyruk Helikopter ve uydularda Ana ve kuyruk pervanelerinde Gövde bile şenlerinde Uydu gövdelerindeProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 88/118 Uzay Meki ği Bor Al+PMK Nomex fiber PMK Cam fiber PMK alt tabaka kaplama Cam fiber PMK Al üzerine kaplama yapılmış Grafit epoksi kapılar Epoksi cam örgülü PMK Örülmü ş cam fiber Poliüretan PMK, ani sıcaklık değişikliklerine dayanıklı Ti ile birlikte B fiber epoksi PMK Grafit epoksi yüksek mukave- metli PMKProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 89/118 Ticari UçaklarProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 90/118 Ticari uçaklarda PMK kullanımı iki kısımda ele alınır: Birincil yapılar; uçu şta kritik, ikincil yapılarProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 91/118 Sava ş Uçakları (Jetler)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 92/118 Askeri uçakların PMK malzemelerden yapılan genel parçalarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 93/118 A.B.D. Hava kuvvetleri B-2 ileri (hayalet) bombardrıman uça ğıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 94/118 Uçakların motor uygulamalarında kullanılan bile şenlerProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 95/118 Uçaklarda kullanılan değişik PMK malzemeler: Uçak gövde burunları, konik parçalar, Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 96/118 Helikopter ve Uydular Helikopterlerde dış gövdenin nerdeyse tamamına yakını PMK malzemedir. Kullanılan PMK malzemeler özellikle Epoksi-karbon veya grafit (uçu şta kritik bölgelerde-helikopter pervanesi ve uçu ş denge pervanesinde kullanılır) Polimer + Aramid fiber (balistik amaçla kullanılır) Polimer + cam fiber (Uçu şta ikincil önemli parçalarda kullanılr) Lynx model: gövde altı ve yan kapılar Kevlar PMK kompoziti Apaçi; Dı ş gövde ve pervane sistemi PMKProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 97/118 S-75 ACAP helikopteri, X- pervanesi (uçu ş pervanesi) tamamen karbon fiber takviyeli PMK malzemeden dizayn edilmi ştir. Özellikle havadan askeri araçların ve silahların naklinde kullanılır. Helikopterlerde kullanılan PMK pervane kanatlarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 98/118 KA-50 helikopter gövdesinde kullanılan malzemeler Plastik- organik fiber Plastik- cam Plastik-cam kısa fiber Plastik- C fiber MetallerProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 99/118 Uydu Bile şenleriProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 100/118 Solar paneller PMK, Ana gövde iskeleti Al-Li MMK olmasına ra ğmen kaporta kısmının tamamı C fiber PMK tir. 2004 yılında faaliyeti durdurulmuş ancak teleskop sistemi yenilenerek başka uydularda kullanılmaya ba şlanmı ş Nasa Helios, Atmosfer uydusu (meteoroloji). Kaporta tamamen PMK malzemedir. Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 101/118 B- Otomotiv sektörü Sürekli fiber demetleri bir kumaş gibi örülerek dikilmi ş ve fiberler arasına polyester emdirilmi ştir. Elektrikli aracın dı ş gövdesi 8 parçadan imal edilmi ştir. Bu tür araçlarda temel avantajlar: Ağırlık tasarrufu, Ürtim maliyetinde azalma, Korozyon direnci, Termal izolasyon Solectria electrikli oto: (a) kaporta. (b)tamamlanmı ş gövde.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 102/118 Gövde Parçaları - Kaputlar -K ap ılar - Spoylerler - Alt kaportalar İç Parçalar - Kumanda panosu kitleri - Şanzımanlar - Koltuklar - Konsoller Other Parts - Ekzost Sistemleri -Y ak ıt geliş sistemleri Otomobillerde özellikle C-fiber takviyeli PMK ler revaçtaProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 103/118 Sadece 160 Kg a ğırlı ğında Monocoque otomobil gövdesi. Gövde Ti iskelet üzerine kaplanarak üretilmi ş. Gövde çelikten daha yüksek elastik modüle sahip ve çeli ğin ¼ kadar bir yo ğunlu ğa sahiptir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 104/118 Ferrari Formula 1 aracı. Tüm gövde yapısı elle yatırma yöntemi ile üretilen Epoksi C fiberden daha sonra otoklav yöntemi ile şekillendirilerek üretilmi ş. Katmanlı mikroyapı woven fibers cross section view 0.5mm 0.5mm Carbon Fiber: McLaren 1 aracıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 105/118 a) c) b) a) tampon, b) kaput ve c) İç kumanda panosuProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 106/118 Volkswagen Sharan iç panel Oto spoileri Kevlar fiber zırhlı araç Tamamen PMK gövdeli kamyon Hızlı tren vagonlarıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 107/118 C- Spor Araçları Hafiflik, korozyona dayanım, arzulanan mukavemet ve ealstik modülün sa ğlanabilmesi, dü şük sürtünme katsayısı gibi bazı ana nedenlerden dolayı PMK malzemeler spor e şyalarında yaygın olarak kullanılırProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 108/118 Karbon Fiber parçalar: Yarı ş bisikletleri İskeletlerde Çatallarda Tekerleklerde Golf Sopalarında Tenis Raketlerinde Amrikan Futbolu ve Hokey koruyucularda Silahlarda Yay ve oklardaProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 109/118 Cam veya karbon fiber PMK Karbon fiber PMK snowboardProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 110/118 D- Yapısal Uygulamalar Birçok farklı uygulama sahsı mevcut: Denizcilik, Zırh (kur şun geçirmez yelek) Askeri araçlar, İnşaat sektörü Şekil. Karbon/epoksi kompozit koltuk değnekleri. Al dan daha yüksek mukavemetli ve % 50 daha hafif, daha estetik görünümlüProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 111/118 Özellikle Japonya’ da depreme dayanıklı beton veya yapı malzemeleri üretilmektedir. Beton içine C veya farklı polimer fiberle ilave edilip betonun kırılma tokluğu arttırılırProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 112/118 Çok amaçlı PMK malzeme dı ş gövdeli araç. Zırh amaçlı ve radar sinyallerini engelleyici PMK ile yapılmış. Zırh için Kevlar PMK, radar sinyali engellemek için cam fiber polyester PMK Ki şisel amaçlı kur şun geçirmez malzemeler Kevlar fiber takviyeli kaskProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 113/118 Denizcilikte yatlar, yelkenli kayıklar genelde cam fiber polyester PMK dir.Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 114/118 PMK Preste sandwich türü dizayn ile üretilen Norveç’ e ait mayın tarama gemisi Cam fiber PMK Nautical Transportation Yelkenliler PMK Kompozit kasasıProf. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 115/118 PMK Malzemelerde Özellikler Çelik ve Al ile kar şıla ştırıldığında fiber takviyeli PMK malzemelerde mekanik özellikler Çekme Mukav. ?(MPa) E. Modül E(GPa) Çelik Alüminyum Nylon Beton Rastgele Fibee FRP Tek yönlü Fiber FRP (Fiberlere Paralel) (Fiberlere dik) Spesifik Modül E/ ? Spesifik Mukav. ?/ ? Yo ğunluk ?(kg/m 3 ) 7800 2700 1100 2400 1800 1600 1600 208 70 2.5 40 20 200 3 400 200 80 20 300 1500 50 1 0.97 0.09 0.63 0.42 4.69 0.07 1 1.44 1.42 0.16 3.25 18.3 0.61 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 116/118 Şekil. Seçilmiş bazı kompozit ve takviyesiz ala şımların spesifik modül ve mukavemet de ğerleri. Malzeme türü Malzeme türü Spesifik Mukavemet ( ?/?) Spesifik Modül (E /?)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 117/118 Birçok malzeme ve kompozitlerde spesifik mukavemet ve modül ilişkisi. Spesifik mukavemet (x10 6 in) Spesifik modül (x10 8 in)Prof. Dr. Hatem AKBULUT 14 Mart 2008 Cuma METALURJ İ VE MALZEME MÜHEND İSLİĞ İ 118/118 Şekil. Nylon 6.6 matriksli kompozitte özellikler Mukavemet Modül Elektirik Direnci Sürünme Direnci Yorulma Dayanım Sınırı Ya ğlayıcılık A şınma Dayanımı Termal İletkenlik % 40 Karbon % 40 Cam Takviyesiz