kompozit malzemeler

Kompozit Malzemeler040100103 Beste Ekmen

070120004 Ertuğrul Şenol

070120005 Recep Emre Tunca

070120040 Esmegül Gürses

Sunum İçeriği

Kompozit Malzeme Nedir

Kompozit Malzemelerin Genel Özellikleri

Kompozit Üretim Malzemeleri (Matris, Elyaf)

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması

Kompozit Malzemelerin Kullanım Alanları


İstenen amaç için tek başlarına uygun olmayan farklı iki veya daha fazla

malzemeyi istenen özellikleri sağlayacak şekilde, belirli şartlar ve oranlarda

ve fiziksel olarak, makro yapıda bir araya getirerek imal edilen malzemeye

kompozit malzeme denir.

Kompozit malzemeler iki tip maddeden oluşur; matris ve takviye malzemesi.

Takviye malzemesi taşıyıcı görev üstlenir, etrafında bulunan matris faz ise onu

bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar.


AVANTAJLAR:

Mekanik dayanım, basınç, çekme, eğilme, çarpma dayanımı

Yorulma dayanımı, aşınma direnci

Korozyon direnci

Kırılma tokluğu

Elektrik iletkenliği veya elektriksel direnç

Akustik iletkenlik, ses tutuculuğu veya ses yutuculuğu

Rijitlik

Hafiflik-Ağırlık

Estetik görünüm


DEZAVANTAJLAR:

Yapılarındaki hava zerrecikleri yorulma özelliklerine olumsuz etkisi

Yükün değişik yönlerde uygulanması sonucu değişik özellikler gösterme

Aynı kompozit malzeme için çekme basma kesme gibi operasyonlar liflerde

açılmalara neden olduğundan bu tür malzemelerde hassas imalattan söz

edilememe

Tasarımları parametreler iyi tanımlanamazsa, yüksek verimliliğe ulaşılamama

Kompozit Üretimi Malzemeleri

MATRİS MALZEMELERİ: İdeal bir matris malzemesi başlangıçta düşük viskoziteli

bir yapıda iken daha sonra elyafları sağlam ve uygun şekilde çevreleyebilecek

katı forma kolaylıkla geçebilmelidir. Kompozit yapılarda matrisin üç temel

fonksiyonu: elyafları bir arada tutmak, elyaflara yükü dağıtmak ve elyafları

çevresel etkilerden korumaktır. Başlıca matris çeşitleri;

Epoksi Reçine Matrisler

Polyester Reçine Matrisler

Vinylester Reçine Matrisler

Fenolik Reçine Matrisler

Silikon Reçine Matrisler

Metalik Matrisler

Kompozit Üretimi Malzemeleri - Matris

EPOKSİ REÇİNE MATRİSLER: İki yada daha fazla epoksit içeren bileşenlerden

oluşurlar. Polifenol’ün epikloridin ile bazik şartlarda reaksiyonu sonucu elde

edilirler. Kür işlemleri ile yüksek sıcaklıklara dayanımı 150-200 dereceye

artırılabilir. Büzülmesi %2’den azdır.

Avantaj:

Yüksek kapma mukavemeti

Elyaflarda yüksek bağ mukavemeti

sağlama

Yüksek aşınma direnci

Yüksek kimyasal direnç ve uçucu

olmama

Düşük ve yüksek sıcaklıkta sertleşme

özelliği

Dezavantaj:

Polyestere kıyasla pahalı

Polyestere kıyasla yüksek viskoziteye

daha az uygun


POLYESTER REÇİNE MATRİSLER: Dibazik asitlerin, dihidrik alkoller (glikol)

yada dihidrik fenollerle karışımının yoğuşması ile şekillenir. Polyester bileşeninin

doymuş asitle yada alternatif malzeme olarak glikolle modifikasyonu temeline

dayanır. Kür işlemi ile esnekliği iyileştirilerek kopma gerilmesi arttırılabilir.

Avantaj:

Takviyelerin nemini dışarı kolayca atabilmesini sağlayan düşük vikozite

Düşük maliyet

İyi çevresel dayanım


VİNYLESTER REÇİNE MATRİSLER: Polyesterlere benzerler. Polyesterle

glikolün bir kısmının yerine doymamış hidrosilik bileşenlerin kullanılması ile elde

edilirler. Korozif ortamlardaki kullanımlar için donatılı plastik bileşenlerin

üretiminde yararlanılmaktadır. Bu polimerler kimyasal dayanım gerektiren kimya

tesislerinde, borularda ve depolama tanklarında kullanılmaktadır.

Avantaj:

Elyaf ve matris arasında iyileştirilmiş bir bağ mukavemetine sahip olma


FENOLİK REÇİNE MATRİSLER: Bu yüzyılın başından beri yaklaşık yüz yıldır

kullanılmaktadır. Bu reçineler 300 dereceye kadar sürekli, asbest lifleriyle

donatılmaları halinde ise kısa süreli olarak 1000 dereceye kadar

kullanılabilmektedirler.

Avantaj:

Isı stabiliteleri

Elektrik özellikleri

Suya ve alkaliler dışındaki kimyasal maddelere dayanıklılıkları


SİLİKON REÇİNE MATRİSLER: Silikon reçineler, diğerlerinden farklı olarak

yapılarında karbon yerine inorganik esaslı silikonlar bulunan malzemelerdir.

Mekanik ve elektriksel özelliklerini çok az değişikliklerle 250 dereceye kadar

koruyabilirler. Süpersonik arabalarda kullanılırlar.

Dezvantaj:

Mekanik dayanım düşük

Maliyeti yüksek


METAL MATRİSLER: Metallerin matris malzemesi olarak kullanılması, yine metal olan birçok ince liflerin üretimiyle başlamıştır. Kompizit üretiminde metal matris malzemesi olarak, bakır alüminyum, titan, nikel, gümüş gibi metaller başta gelmektedir. Matris malzemesi erimiş halde, moleküler yapıda, levha veya ince tabaka şeklinde olabilmekte ve kullanılan üretim teknolojisine bağlı olarak dökme, karıştırma, presleme, elektroliz yoluyla kaplama, haddeleme yöntemleriyle liflerle birleştirilmektedir.

Avantaj:

Taşıyıcılık açısından yüksek dayanım

Tokluğu arttırma yolu ile yüksek

sıcaklığa dayanıklılık

Dezavantaj:

Üretimi zor

Maliyeti yüksek

Kompozit Üretimi Malzemeleri

ELYAFLAR: Matris malzeme içerisinde yer alan elyaf takviyeler kompizit yapının

temel mukavemet elemanlarıdır. Düşük yoğunluklarının yanı sıra yüksek elastik

modüle ve sertliğe sahip olan elyaflar kimyasal korozyona da dirençlidirler.

Günümüzde kompizitlerin donatılmasında boyutsal ve şekilsel özellikleri çok

farklı lifler (elyaflar) kullanılmaktadır.

Cam Lifler

Çelik Teller

Bunların dışında asbest lifleri, karbon lifleri, aromid lifler, bor lifleri ve silisyum

karbür lifleri de sayılabilir.

Kompozit Üretimi Malzemeleri - Elyaf

CAM LİFLER:

Cam lifleri veya diğer bir deyişle

cam elyafları kompizitlerin

üretiminde en çok kullanılan

donatı malzemelerindendir.

Demeter halinde üretilir. Üstün

özelliklerinin yanı sıra, ekonomik

olması sebebiyle tercih edilir.

Çeşitli matris malzemeleriyle

kullanılmış olmasına karşılık, temel

kullanım alanı cam takviyeli plastik

(CTP) endüstrisidir.

Kompozit Üretimi Malzemeleri - Elyaf

ÇELİK TELLER:

Çelik teller özellikle beton ve

harçların donatılmasında

kullanılabilmektedir. Farklı

yöntemlerle üretilen donatı

telleri, matriste aralarındaki

aderansın artırılması amacıyla

değişik biçimlerde de

yapılmaktadır. Teller genellikle

suda kolaylıkla çözülebilen özel bir

yapıştırıcıyla birlikte tutturularak

demetler halinde üretilmektedir.


Yapılarında çok sayıda farklı malzeme kullanılabilen kompozitlerin

gruplandırılmasında kesin sınırlar çizmek mümkün olmamakla birlikte, yapıdaki

malzemelerinin formuna göre bir sınıflama yapmak mümkündür.

Elyaflı Kompozitler

Parçacıklı Kompozitler

Tabakalı Kompozitler

Karma Kompozitler


ELYAFLI KOMPOZİTLER: İnce elyafların matris yapıda yer almasıyla meydana

gelmiştir. Elyafların yerleşimi, hatasız yapımı ve elyaf ile matris arası bağ yapı

kompozitin mukavemeti açısından çok önemlidir.

Uzun elyafların matris içinde birbirlerine paralel şekilde yerleştirilmeleri ile

elyaflar doğrultusunda yüksek mukavemet sağlanırken, elyaflara dik doğrultuda

düşük mukavemet elde edilir. İki boyutlu yerleştirilmiş elyaf takviyelerle her iki

yönde de eşit mukavemet sağlanırken, matris yapısında homojen dağılmış kısa

elyaflarla izotrop bir yapı oluşturmak mümkündür. Ayrıca, elyafların uzunluk/çap

oranları arttıkça matris tarafından elyaflara iletilen yük miktarı artmaktadır.

Matris yapıda boşluklar söz konusu ise elyaflarla temas azalacaktır. Nem

obsorbsiyonu da elyaf ile matris arasındaki bağı bozan olumsuz bir özelliktir.


PARÇACIKLI KOMPOZİTLER: Bir matris malzeme içinde başka bir malzemenin

parçacıklar halinde bulunması ile elde edilirler. İzotrop yapılardır. Yapının

mukavemeti parçacıkların sertliğine bağlıdır. En yaygın tip plastik matris içinde

yer alan metal parçacıklardır. Metal parçacıklar ısıl ve elektriki iletkenlik sağlar.

Metal matris içinde seramik matris içeren yapıların (cermet), sertlikleri ve yüksek

sıcaklık dayanımları yüksektir. Bunlar kollar, kulplar, elektirk parçaları,

muhafazalar vb. gibi küçük parçacıkların yapımında kullanılırlar.


TABAKALI KOMPOZİTLER: Tabakalı kompozit yapı, en eski ve en yaygın

kullanım alanına sahip olan tiptir. Farklı elyaf yönlenmelerine sahip tabakaların

bileşimi ile çok yüksek mukavemet değerleri elde edilir. Isıya ve neme dayanıklı

yapılardır. Metallere göre hafif ve aynı zamanda mukavemetli olmaları nedeniyle

tercih edilen malzemelerdir. Pek çok katmanlı kompozit düşük maliyet, yüksek

dayanım veya hafifliğini korurken, aşınma veya abrasiv aşınma direnci, gelişmiş

görünüm ve mükemmel ısıl genleşme özelliklerini kapsamaktadır. Buna karşın

korozyon ve aşınma direnci gibi önemli özelliklerin pek çoğu öncelikle kompoziti

oluşturan elemanlardan birine bağlıdır. Elektrik şarjını depolamak için kullanılan

kondansatörler esas itibariyle dönüşümlü olarak bir iletken ve bir yalıtkan

katmanların üst üste gelerek meydana getirdiği katmanlı kompozitlerdir.


KARMA KOMPOZİTLER: Aynı kompozit yapıda iki yada daha fazla elyaf

çeşidinin bulunması olasıdır. Bu tip kompozitlere hibrid kompozitler denir. Bu alan

yeni tip kompozitlerin geliştirilmesine uygun bir alandır. Örneğin, kevlar ucuz ve

tok bir elyafdır ancak basma mukavemeti düşüktür. Grafit ise düşük tokluğa

sahip, pahalı ancak iyi basma mukavemeti olan bir elyafdır. Bu iki elyafın

kompozit yapısında hibrid kompozitin tokluğu grafit kompozitden iyi,maliyeti

düşük ve basma mukavemetide kevlar elyaflı kompozitden daha yüksek

olmaktadır.


OTOMOTİV SANAYİİNDE KULLANIM:

Otomobilin ağırlığını azaltmak; yakıt tüketiminde hatırı sayılır tasarruflara yol açtığından, otomobil üreticileri ağırlığı azaltacak yeni malzeme arayışlarına girmiştir. Alternatif olarak üretilen elektrikli arabalarda ise motorlar daha az güç tükettiğinden ağırlık daha çok önem kazanır.

Kompozit malzemeler, katılığın özgül ağırlığa oranı bakımından çelik ve alüminyum ile karşılaştırıldığında, bu değer birkaç kat daha fazla olabilmektedir.

Polimer matrisli kompozitler ile emniyetli tasarımlar mümkündür. Ön kısmı cam elyaf takviyeli polimer kompozitten yapılmış bir araba 35 mil/saat çarpma testini geçmiştir. Çarpışmalarda çelik kadar güvenlik sağladığı gibi, polimer kompozitler titreşim kontrolü gibi özellikleriyle de daha üstün performans göstermeye adaydır.


UÇAK YAPIMINDA KULLANIM:

Havacılıkta son yıllarda yapılan temel bir atılım metal malzeme yerine kompozit

malzeme kullanımı konusudur. Uçak yapılarında kullanılan ileri kompozitler, elyaf

takviyeli kompozitlerdir. Genellikle epoksi matris içinde sürekli elyaflar

kullanılmaktadır. Uçak yapılarında alüminyum alaşımları gibi konvansiyonel

malzemelerin yerini alan kompozit malzemeler, düşük ağırlığa oranla yüksek

mukaveket sağlarlar.


UÇAK YAPIMINDA KULLANIM:


BASINÇLI GAZ KABINDA KULLANIM:

Basınçlı gaz kapları konusunda değişik malzemeler ile çok sayıda alternatif çözüm

bulunmaktadır. (Örneğin çelik, alüminyum, cam elyaf takviyeli plastikler gibi.)

İstenen yüksek emniyet faktöründen dolayı bu tür basınçlı kapların ağırlıkları

genel olarak çok farklıdır. Daha önceden sıkıştırılmış gazlar için hafif basınç

kapları geliştirilmeye başlanmıştır. Bu kapların;

Gaz ile çalışan otobüs ve kamyonlarda

Hidrojen, Helyum gibi sıkıştırılmış sanayi gazı taşıyan treylerde

kullanılması ön görülmektedir.


DİĞER KULLANIM ALANLARI:

Motorlar

Spor malzemelerinin üretimi (kayak, tenis

raketleri)

Dişli çarklar

Özel takımlar

Kamyon yaprak yayları

Karoseri elemanları

Boru tesisatları

Depolar

Yapı işleri

Deniz araçları yapımında

Elektrik kontak malzemeleri

Nükleer reaktörler

Sürünme dirençli manyetik malzemeler

Batarya ızgaraları

Elektrik elemanları, ısıtıcılar

Teşekkürler…

kompozit malzemeler

Engineering