Kompozit malzemeler

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Kompozit malzemeler (E: Composit materials/D: Verbundwerkstoffe; Komposit-Materialien), (ya da kısaca kompozitler) makroskobik olarak birbirinden ayrı iki ya da daha fazla malzemenin bir araya getirilmesi ile imal edilen malzeme türüdür.

Her kompozitte genellikle iki tip madde bulunur; matris ve takviye malzemesi. Bu malzemeler birbirlerinden farklı fiziksel özelliklere sahiplerdir, ve bir araya getirilmeleri ile oluşan kompozit malzeme her ikisinden farklı özelliklere kavuşur. Genel olarak takviye malzemesi (E: reinforcement / D: Verstaerkung) taşıyıcı görev üstlenir, ve etrafında bulunan matris faz ise onu bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar.

Günümüzde en çok kullanılan kompozitlerden biri betondur. çimento ve kumdan meydana gelen malzeme matris çelik çubuklar ile desteklenir. Bir diğer tanınmış kompozit ise kerpiçtir. Çamur ve samanın karıştırılması ile oluşturulan bu malzeme oldukça eskiden beri bilinen belki de insanlik tarihinin en eski yapı malzemesidir ve halen Türkiye'de kırsal kesimde kullanılır. Bazı ülkelerde, (Örn;Yemen'de) bu yapı malzemesinden çok katlı yüksek yapılar inşa edilir. Yakın dönemde yaygınlaşmış ve sıkça kullanılan bir diğer polimer matrisli kompozit ise anorganik ve organik elyafların (elyaf olarak: fiberglas, karbon, aramid, polietilen, polipropilen vs.) kullanıldığı fiberglas bileşik, yani kompozit malzemelerdir.

Kompozit malzeme teknolojisi bugün hızla gelişmektedir ve hemen her gün piyasaya yeni ürünler sunulmaktadır. Artan talep ve üretim doğrultusunda maliyeti düşen kompozitler, klasik endüstriyel malzemelere karşı sağladığı pek çok fiziksel ve keza kimyasal avantajlar sayesinde pek çok branşta ve bilhassa hafif yapıların ve konstrüksiyonların temel malzemesi olma yolunda, geleceğin malzemesi olmaya adaydırlar.

---

KOMPOZİT MALZEMELER

Kompozit Malzeme Nedir?

İki veya daha fazla sayıdaki aynı veya farklı gruptaki malzemelerin, en iyi özelliklerini bir araya toplamak ya da ortaya yeni bir özellik çıkarmak amacıyla, bu malzemelerin makro seviyede birleştirilmesiyle oluşan malzemelere “Kompozit Malzeme” denir. Başka bir deyişle birbirlerinin zayıf yönünü düzelterek üstün özellikler elde etmek amacı ile bir araya getirilmiş değişik tür malzemelerden veya fazlardan oluşan malzemeler olarak da adlandırılabilir. Kompozit malzeme türleri şunlardır:

1. Polimer Kompozitler,

2. Metal Kompozitler,

3. Seramik Kompozitler.

Kompozit malzemelerin üç ana elemanı bulunmaktadır. Bunlar:

1. Matris Elemanı: Kompozit malzemelerde matrisin üç temel fonksiyonu vardır. Bunlar, elyafları bir arada tutmak, yükü elyaflara dağıtmak ve elyafları çevresel etkilerden korumaktır. İdeal bir matris malzemesi başlangıçta düşük viskoziteli bir yapıda iken daha sonra elyafları sağlam ve uygun bir şekilde çevreleyebilecek katı forma kolaylıkla geçebilmelidir. Matris malzemesi, termoset veya termoplastik polimer malzeme olarak sürekli fazı oluşturur. Termosetler grubunda ağırlıklı olarak polyesterler kullanılır. Bunun yanı sıra vinil ester/bisfenol, epoksi reçine ve fenolik reçinelerin kullanımı da giderek yaygınlaşmaktadır. Termoplastik grubunda yaygın olarak poliamid ve polipropilen kullanımını görmekteyiz (yaklaşık % 68.3), bunların yanı sıra hibrid formda polietilen ve polibutilen tereftalat, polietereterketon ve polietersulfon kullanımı da dikkat çekmektedir.

2. Takviye Elemanı: Matris malzeme içinde yer alan takviye elemanı kompozit yapının temel mukavemet elemanlarıdır. Düşük yoğunluklarının yanı sıra yüksek elastite modülüne ve sertliğe sahip olan elyaflar kimyasal korozyona da dirençlidir. Günümüzde kompozit yapılarda kullanılan en önemli takviye malzemeleri sürekli elyaflardır. Bu elyaflar özellikle modern kompozitlerin oluşturulmasında önemli bir yer tutarlar. Aramid, karbon, grafit, boron, silisyum karbür (SiC), alümina, cam ve polietilen malzemelerin kısa veya uzun sürekli elyaf formunda kullanıldığı ve matrisi yaklaşık % 60 hacim oranında pekiştirici işlevi olan malzemelerdir.

3. Katkılar Maddeleri: Dolgular, kimyasallar ve diğer katkılar matrise niteliklerine göre özelliklerin geliştirilmesi amacıyla ilave edilirler.

Bu gruptaki kompozit malzemeler uçak-uzay, savunma, yapı-inşaat, tüketim mallarında, korozyon dayanımı gerektiren uygulamalarda, elektrik-elektronik, denizcilik, kara taşıtlarında ve özel amaçlı uygulamalarda kullanılmaktadır. Özellikle otomotiv sektöründe giderek artan ve % 6’ya yaklaşan bir uygulama artış hızı görülmektedir.

Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması:

Yapılarında çok sayıda farklı malzeme kullanılabilen kompozitlerin gruplandırılmasında kesin sınırlar çizmek mümkün olmamakla birlikte, yapıdaki malzemelerin formuna göre bir sınıflama yapmak mümkündür. Bu sınıflama şekli aşağıda verilmektedir.

Kompozit malzemelerin sınıflandırılması

a. Elyaflı kompozitler,

b. Parçacıklı kompozitler,

c. Tabakalı kompozitler,

d. Karma kompozitler.

Kompozitler Malzemelerin Sağladığı Avantajlar:

1. Yüksek mukavemet : Kompozitler yüksek mukavemet değerleri sağlayan malzemeler arasında en etkin olanlardan birisidir.

2. Hafiflik : Kompozitler birim alan ağırlığında hem takviyesiz plastiklere, hem de metallere göre daha yüksek mukavemet değerleri sunmaktadır.

3. Tasarım esnekliği : Kompozitler bir tasarımcının aklına gelebilecek her türlü karmaşık, basit, geniş, küçük, yapısal, estetik, dekoratif ya da fonksiyonel amaçlı olarak tasarlanabilir.

4. Boyutsal stabilite : Çeşitli mekanik, çevresel baskılar altında termoset kompozit ürünler şekillerini ve işlevselliklerini korumaktadırlar.

5. Yüksek Dielektrik Direnimi : Kompozitlerin göze çarpan elektrik yalıtım özellikleri, birçok komponent’in üretimi konusunda açık bir tercih nedenidir.

6. Korozyon dayanımı : Kompozitler’ in antikorrozif özelliği, diğer üretim malzemelerinden üstün olan niteliklerinden biridir.

7. Kalıplama kolaylığı : Kompozit ürünler, çelik türündeki geleneksel malzemelerde karşılaşılan birçok parçanın birleştirilmesi ve sonradan monte edilmesi işlemini tek parçada kalıplama olanağı ile ortadan kaldırmaktadır.

8.Yüzey uygulamaları : Kompozit ürünlerde kullanılan polyester reçine, özel pigment katkıları ile renklendirilmek suretiyle, amaca uygun kendinden renkli olarakta üretilebilir.

9.Şeffaflık özelliği : Kompozitler, cam kadar ışık geçirgen olabilir. Tam şeffaf olması nedeni ile ışığı yayması sayesinde, diffüze ışığın önem kazandığı seralarda ve güneş kolektörü yapımında önemli avantaj sağlar.

10.Beton yüzeylere uygulama imkanı : Beton yüzeylere, kompozitler mükemmel yapışır. Özellikle, betonun gözenekli olması nedeniyle, kompozit’i oluşturan ana malzemelerden polyester reçinenin beton gözeneklerinden sızması ve beton kütle içinde sertleşmesinden dolayı mükemmel bir yapışma sağlanır.

11.Ahşap yüzeylere uygulama imkanı : Kompozitler ahşap yüzeylere yapışma özelliğine sahiptir. Ancak ahşabın kuru olması ve stiren ihtiva eden polyester reçine ile iyi bir şekilde emdirilmesi gerekir.

12.Demir yüzeylere uygulama imkanı : Demir yüzeydeki pas ve yağ kalıntıları temizlendikten sonra kompozitlerle kaplanabilir. Bu sayede demir ve çelik yüzeyler, kompozitlerle kaplanarak korozyon etkilerinden korunmaktadır.

13.Yanmazlık özelliği : Kompozitlerin alev dayanımı, kullanılan polyesterin özelliğine bağlıdır. Alev dayanım özelliğinin arandığı yerlerde “Alev dayanımlı” polyester kullanılmalıdır.

14.Kompozitler sıcaklıktan etkilenmez : Kompozit ürünler, termoset plastikler grubundan polyester reçineler ile yapıldığı için yumuşamaz ve şekil değiştirmez. Isı dayanıklılığı kullanılan polyester reçinenin cinsine bağlıdır.

15.Kompozitler içine farklı malzemeler gömülebilir : Kompozitler çine demir, ahşap, halat, tel, mukavva, poliüretan sert köpük gibi malzemeler gömülerek mekanik özellikleri farklılaştırılabilir.

16.Tamir edilebilirlik özelliği : Tamir izlerinin görünmemesi için, onarım işleminin bir kalıp üzerinde yapılması, ya da onarımdan sonra zımpara veya boya yapılması gerekir.

17.Kompozitler kesilip delinebilir : Kompozitler, tahta gibi kolayca kesilir, delinir, zımparalanır. Bu amaçla kullanılan aletlerin sert çelik veya elmas uçlu olması halinde daha iyi sonuç alınmaktadır.

Kompozitler için uygun test yöntemleri:

Mekanik / Fiziksel özellikler

ASTM 1 

Eğilme dayanımı

D7 90

Eğilme modülü

D7 90

Çekme dayanımı

D638/D3039

Çekme modülü

D638/D3039

Sıkıştırma dayanımı

D695/D3410

Çekmede kopma

D638/D3039

İzod darbe testi

D256

Isı iletkenliği

D256

Yanabilirlik

C177

Rockwell sertliği

D785

Dielektrik sabiti

D150

Dielektrik dayanımı

D149

Spesifik ağırlık

D792

Yoğunluk

D792

Isı yayılma derecesi

D648

Isı yayılma katsayısı

D696

Reçine korozyon dayanımı

C581