Kompozit Malzemeler

Kompozit Malzemeler

Kompozit malzemeler; belirli bir amaca yönelik olarak en az iki farklı malzemenin bir araya getirilmesiyle meydana gelen malzeme gurubudur Üç boyutlu nitelikteki bu bir araya getirmede amaç, bileşenlerin hiç birinde tek başına mevcut olmayan bir özelliğin elde edilmesidir Diğer bir deyişle, amaçlanan doğrultuda bileşenlerin daha üstün özelliklere sahip bir malzeme üretilmesi hedeflenmektedir Kompozit malzemelerin sınıflandırılması hakkında özet bilgiye buradan ulaşabilirsiniz

Kompozit malzemede genelde dört koşul aranmaktadır:

İnsan yapısı olmaması, dolayısıyla doğal bir malzeme olması,

Kimyasal bileşimleri birbirinden farklı belirli ara yüzeylerle ayrılmış en az iki malzemenin bir araya getirilmiş olması,

Farklı malzemenin üç boyutlu olarak bir araya getirilmiş olması,

Bileşenlerin hiç birinin tek başına sahip olmadığı özellikleri taşıması

Buna göre malzeme, mikroskobik açıdan heterojen bir malzeme özelliği göstermekte, ancak makroskobik açıdan homojen bir malzeme gibi davranmaktadır

Tarihçe

Günümüzde gemi yapımından bina yapımına, ev aletleri üretiminden uzay teknolojisine kadar hemen hemen her alanda çok yaygın bir kullanımı bulunan kompozit malzemenin üretimi son birkaç yüz yıla mal edilmiş gibi görülse de ilk örnekleri çok eskilere dayanmaktadır Kompozit malzeme kavramının ortaya atılması ve konunun bir mühendislik konusu olarak ele alınması ancak 1940'lı yılların başında gerçekleşmiştir

Çok bileşenli malzemenin ilk örnekleri, doğada bulunan malzemeye yapılan müdahalelerle onun kullanılır hale getirilmeye başlandığı aşamadır İlk çağlardan beri insanlar kırılgan malzemelerin içine bitkisel veya hayvansal lifler koyarak bu kırılganlık özelliğinin giderilmesine çalışmışlardı Bu konularda en iyi örneklerden biri kerpiç malzemedir Kerpiç üretiminde killi çamur içine katılan saman, sarmaşık dalları gibi sap ve lifler, malzemenin gerek üretim, gerek kullanım sırasındaki dayanımını artırmaktadır

Öte yandan, günümüzde kompozit malzemenin donatılmasında yaygın olarak kullanılan liflerle ilgili uygulamanın da çok yeni olmadığı eldeki bulgulardan anlaşılmaktadır Örneğin cam liflerinin üretimi, eski Mısır'a kadar tarihlendirilmektedir Daha MÖ 1600 yıllarında Mısır'da ince cam liflerinin yapımının bilindiği, XVIII Hanedan devrinden kalan, çeşitli karanlık ve renkte cam lifleriyle bezenmiş amforaların mevcudiyetinden anlaşılmaktadır Cam liflerinin sanayide kullanımıyla ilgili ilk kayıt, 1877 tarihlidir Hidrolik bağlayıcılar ve elyaf malzeme kullanılarak yapay taş plakaların üretilmesi yöntemi hakkında bu yüz yılın başında alınmış patentlere rastlanmaktadır Günlük uygulamalarda en yaygın kullanım olanağı bulmuş olan liflerle donatılmış kompozit malzemelerden ikisi, asbest lifleriyle donatılı kompozit malzemeler ve cam lifleriyle donatılı polyester kompozitlerdir İlk kez ince levha yapımında kullanılan çimento ve asbest kompozitleri yıllar boyu önemini koruyarak bu gün hala kullanılan bir malzeme olma özelliğini sürdürmektedir

Öte yandan, liflerle donatılı sentetik reçineler 1950'li yılların ortalarından itibaren endüstride kullanılmaya başlanmıştır Bu malzemenin en tanınmış grubunu ?cam lifi donatılı polyester reçinesi kompoziti? oluşturmaktadır Ülkemizde ?fiberglas? diye tanınan bu malzeme 1960'lı yılların başından itibaren Türkiye'de sıvı depoları, çatı levhaları, küçük boyda deniz teknelerinin yapımı gibi alanlarda kullanılmıştır Ülkemizde seri üretimi yapılmış ilk yerli otomobil olan ?Anadol?un kaportası bu malzemeden üretilmiştir

Cam lifleriyle donatılı sentetik reçine motrisli malzemeler için dilimizde ?Cam Takviyeli Plastik (CTP)? adı yerleşmiştir Cam takviyeli plastiklerin üretiminde, en çok kullanılan malzeme olan polyesterin yanı sıra, günümüzde, diğer termoset ve termoplastik reçinelerde kullanılmaktadır

Kompozit Malzemelerin Genel Özellikleri

Uygulamada, kompozit malzeme üretiminde genellik aşağıdaki özelliklerden birinin veya bir kaçının geliştirilmesi amaçlanmaktadır Bu özelliklerin başlıcaları,

Mekanik dayanım, basınç, çekme, eğilme, çarpma dayanımı,

Yorulma dayanımı, aşınma direnci,

Korozyon direnci,

Kırılma tokluğu,

Yüksek sıcaklığa dayanıklılık,

Isı iletkenliği veya ısıl direnç,

Elektrik iletkenliği veya elektriksel direnç,

Akustik iletkenlik, ses tutuculuğu veya ses yutuculuğu,

Rijitlik,

Ağırlık,

Görünüm,

ve benzeri özellikler şeklinde sıralanabilir

Ayrıca özellikle dolaylı olarak malzemenin birim maliyeti de düşürülmektedir Bu amaca yönelik olarak kompozit malzeme üretiminde farklı yöntemler kullanılmaktadır Hepsinde değişmeyen temel ilke, bileşenlerin zayıf yönlerinin amaç doğrultusunda iyileştirilerek daha nitelikli bir yapının elde edilmesidir Bir kompozitin yapısında genelde ?motris? olarak kabul edilen sürekli bir foz ile onun içinde dağılı değişik özelliklere sahip donatı fazından meydana gelmektedir

Kompozit Üretiminde Kullanılan Malzemeler

Matris Malzemeleri

Kompozit yapılarda 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 şekilde çevreleyebilecek katı forma kolaylıkla geçebilmelidir Kompozit yapılarda yükü taşıyan elyafların fonksiyonların yerine getirmeleri açısından matrisin mekanik özelliklerinin rolü çok büyüktür Örneğin matris malzemesi olmaksızın bir elyaf demeti düşünüldüğünde yük bir yada birkaç elyaf tarafından taşınacaktır Matrisin varlığı ise yükün tüm elyaflara eşit dağılımını sağlayacaktır Kesme yükü altındaki bir gerilmeye dayanım, elyaflarla matris arasında iyi bir yapışma ve matrisin yüksek kesme mukavemeti özelliklerini gösterir Elyaf yönlenmelerine dik doğrultuda, matrisin mekanik özellikleri ve elyaf ile matris arasındaki bağ kuvvetleri, kompozit yapının mukavemetini belirleyici önemli hususlardır Matris elyafa göre zayıf ve daha esnektir Bu özellik kompozit yapıların tasarımında dikkat edilmesi gereken bir husustur Matrisin kesme mukavemeti ve matris ile elyaf arası bağ kuvvetleri çok yüksek ise elyaf yada matriste oluşacak bir çatlağın yön değiştirmeksizin ilerlemesi mümkündür Bu durumda kompozit gevrek bir malzeme gibi davrandığından kopma yüzeyi temiz ve parlak bir yapı gösterir Eğer bağ mukavemeti çok düşükse, elyaflar boşluktaki bir elyaf demeti gibi davranır Ve kompozit zayıflar Orta seviyede bir bağ mukavemetinde ise, elyaf veya matristen başlayan enlemesine doğru bir çatlak elyaf/matris ara yüzeyine dönüp elyaf doğrultusunda ilerleyebilir Bu durumda kompozit sünek malzemelerin kopması gibi lifli bir yüzey sergiler Kompozit malzemelerin üretiminde kullanılan matris malzeme tipleri epoksi, polyester, vinylester ve fenolik reçinelerdir Yüksek mukavemet göstermeyen durumlarda en çok kullanılan en çok kullanılan matris malzemesi polyester reçinesidir Gelişmiş kompozitlerin üretiminde ise genellikle epoksi reçinesi kullanılmaktadır Matris iyileştirmesi çalışmaları özellikle yüksek sıcaklıkta kullanıma uygun ve düşük nem duyarlılığına sahip yapıların üretilmesi doğrultusundadır

Epoksi Reçine Matrisler

Epoksiler iki yadad daha fazla epoksit içeren bileşenlerden oluşurlar Polifenol'ün epikloridin ile bazik şartlarda reoksiyonu sonucu elde edilirler Eposilere uygulanan kür işlemleri ile yüksek sıcaklıklara dayanımı 150-200 Ċ'a artırılabilir Büzülmesi %2'den azdır
Avantajları:

Kapma mukavemetleri yüksektir

Elyaf yapılarda yüksek bağ mukavemeti sağlarlar

Yüksek aşınma direncine sahiptirler

Uçucu değildirler ve kimyasal dirençleri yüksektir

Düşük ve yüksek sıcaklarda sertleşebilme özelliğine sahiptirler
Dezavantajları:

Polyesterle karıştırıldığında pahalıdırlar

Polyestere oranla yüksek viskoziteye daha az uygundur

Epoksiler avantajlarının çokluğu ve tüm elyaf malzemelerde kullanılabilme nedeniyle, uçak yapısında da yaygın bir kullanım alanına sahiptirler Genellikle karbon elyaflarla birlikte kullanılırlar

Polyester Reçine Matrisler

Polyester matrisler dibazik asitlerin, dihidrik alkoller (glikol) yada dihidrik fenollerle karışımının yoğuşması ile şekil alırlar Polyesterlerin ana tipleri polyester bileşeninin doymuş asitle yada alternatif malzeme olarak glikolle modifikasyonu temeline dayanır Ayrıca kür işlemi ile matrisin esnekliği iyileştirilerek kopma gerilmesi arttırılabilir
Avantajları:

Takviyelerin nemini dışarı kolayca atabilmesini sağlayan düşük vikozite,

Düşük maliyet

İyi çevresel dayanım

Vinylester Reçine Matrisler

Polyester benzerler

En önemli avantajları elyaf ve matris arasında iyileştirilmiş bir bağ mukavemetine sahip olmalıdır 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

Fenolik Reçine Matrisler

Bu yüzyılın başından beri yaklaşık yüz yıldır kullanılmaktadır Sertleşme, ısı enerjisiyle gerçekleşmekte, laminant ve kalıplama için basınç gerekmektedir Fenolik reçinelerin ısı stabiliteleri, elektrik özellikleri, suya ve alkaliler dışındaki kimyasal maddelere dayanımları çok iyidir Bu reçineler 300 Ċ'ye kadar sürekli, asbest lifleriyle donatılmaları halinde ise kisa süreli olarak 1000 Ċ'ye kadar kullanılabilmektedirler

Silikon Reçineler

Silikon reçineler, diğerlerinden farklı olarak yapılarında karbon yerine inorganik esaslı silikonlar bulunan malzemelerdir Mekanik ve elektriksel özelliklerini çok az değişikliklerle 250 C0'ye kadar koruyabilen silikon esaslı reçinelerin kullanımları, mekanik dayanımlarının diğer reçinelere göre daha düşük ve maliyetinin de genelde daha yüksek olması nedeniyle kısıtlıdır Süpersonik arabalarda kullanılırlar

Metal Matrisler

Kompiziti sürekli bir arada tutan ve bu bütünlük içinde lifle birlikte malzemenin özelliklerini belirleyen matris malzemesi olarak metaller, taşıyıcılık açısından, özellikle polimer matris malzemesine kıyasla yüksek dayanıma sahiptirler Üretimleri zor olup maliyeti yüksek olmasına karşın, metal matris malzemesi kompizitin tokluğunu önemli ölçüde arttırmakta ve yüksek sıcaklık etkisindeki uygulamalara olanak vermektedir 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 Bu birleşmede kullanılacak yüksek dayanımlı lif tel ve kılların zedelenmemesi, tahrip olmaması sağlanmalıdır Metal matris içinde en kolay kullanılabilen elyaf bor ve borsic elyaftır Bu kompozit malzeme 300 C0sıcaklığa kadar oda sıcaklığında özelliğini korumaktadır Burada kompizitin üretimi 450-500 C0sıcaklıkta, sıcak presleme yöntemiyle yapılır

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 Örneğin, cam lifleri gibi lifler üretim sırasında demetler halinde hazırlanmaktadır Kompizitlerin donatılmasında kullanılan lifler, E-Modülü değerleri, kullanılan matris malzemesinin E- modülü ile kıyaslanarak, matristen daha düşük yada yüksek E- modülü değerine sahip lifler olmak üzere iki ana grupta toplanabilir Ancak, kompozitlerin özellikleri içinde önemli olan bu ayrım sabit matris malzemesi için anlam taşımaktadır Teller, mili metrik boyutta metal malzemelerdir Çapları diğer donatı malzemelerine kıyasla daha büyük olup, genellikle beton ve harçların donatılmasında kullanılır Dilimizde lif kelimesinin çoğulu olan ?elyaf? kelimesi daha yaygın olarak kullanılmaktadır Liflerin çapı ortalama 0,01 mm mertebesindedir Narinlik oranı 10000'e kadar çıkabilmektedir (L/d≤104) Lifler değişik kaynaklardan elde edilmekte ve değişik özellikleriyle büyük çeşitlilik göstermektedir Kıllar donatıda kullanılan en ince malzemelerdir Bunlar, buhar yoğunlaşmasıyla büyütülen değişik şekillerdeki tek kristaller olup, çapları birkaç mikron, boyları birkaç mm kadardır Buharla büyütülen bu kılların genelde yapısal hataları olmamaktadır Dolayısıyla dislokasyon içermeyen bu cisimlerin dayanımı, normal boyutlardakine oranla yaklaşık olarak yaklaşık bin katı kadar olabilmektedir Üstün özellilere karşın, yapım yöntemi nedeniyle kıllarla donatılı kompizitlerin üretimi son derece sınırlı kalmaktadır Ayrıca, kılların sahip oldukları yüksek çekme dayanımı sadece elastik bölgededir Plastik deformasyonunun başlamasıyla kıllarda dislokasyonlar oluşmakta ve dayanım düşmektedir Burada kompizitlerin donatılmasında kullanılan lif veya malzeme üzerinde durulacak Sırasıyla cam lifi, asbest lifi, çelik teller ve organik esaslı yapay lifler incelenecektir

Cam Lifleri

Cam lifleri veya diğer bir deyişle cam elyafları kompizitlerin üretiminde en çok kullanılan donatı malzemelerindendir Üstün özelliklerinin yanı sıra, ekonomik bir donatı türü olması bu sonucu ortaya çıkarmaktadır Çeşitli matris malzemeleriyle kullanılmış olmasına karşılık, temel kullanım alanı cam takviyeli plastik (CTP) endüstrisidir Cam liflerinin ticari anlamda üretimi 1930'lu yıllarda İngiltere'de başlanmış olmasına karşılık, bu malzeme plastik malzemenin donatılmasında 1950'lerin başından itibaren kullanılamaya başlanmıştır Başlangıçta, cam liflerinin üretiminde A- camı veya açık adıyla ?alkali cam? kullanılmıştır Bunu çok az alkali içeren ve çok üstün elektriksel ve mekanik özelliklere sahip bir borsilikat camı olan ?elektrik dayanımlı camın?, kısa adı ile E- camının kullanılmaya başlanması izlemiştir

Asbest Lifleri

Asbest, lifli yapılı bir doğal mineraldir Esası magnezyum silikat olan, yanmazlık özelliğine sahip bu maddenin bir çok türü vardır Bu doğal maddeden elde edilen asbest liflerinin boyları, genel olarak 0,8 mm ile 19-20 mm arasındadır Asbest liflerinin en küçük çapı 0,01 mm'ye kadar olabilmektedir Bu liflerin çekme dayanımının 3000 N/mm2 nin üzerinde bulunduğu belirtilmektedir Asbest liflerinin kimyasal direnci, özellikle alkali ortama dayanımları, bunların çimento türü bağlayıcılarla üretilen kompozitlerde çok başarılı bir biçimde kullanılabilmesi sonucunu doğurmuştur Asbest liflerinin dayanımı yüksek tiplerinden bir olan corocidolite veya mavi asbest, insan sağlığı açısından olumsuz özellikler gösteren bir türdür Bunların çok uzun süreler solunmasının veya bu lifçikleri taşıyan havanın ulunduğu bölgelerde yaşamanın asbastosis denilen solunum yolları hastalığına, akciğer kanserine neden olduğu ileri sürülmektedir Asbest lifleri, bu yüzyılın başlarından itibaren çimento bağlayıcı ile teknik açıdan başarıyla kullanılmaktadır Asbest lifleri genel olarak levha üretiminde %9-12, basınçlı boru üretiminde %20-30 oranları arasında, çimento bağlayıcıyla birlikte karışımlarda yer almaktadır Asbest lifi donatılı çimento kompozitleri, atmosfer koşullarına ve korozyona dayanıklı, çürümeyen, 400ºC sıcaklığına kadar dayanım özelliğine sahip malzemelerdir Ancak malzeme darbe karşısında kırılgandır ve genelde kırılma şekil değiştirme oranı çok düşüktür

Çelik Teller

Çelik teller özellikle beton ve harçların donatılmasında kullanılabilmektedir Farklı yöntemlerle üretilen donatı telleri, matriste aralarındaki aderansın artırılması amacıyla değişik biçimlerde de yapılmaktadır Beton donatımında kullanılan çelik teller ?soğuk çekme tel? oda sıcaklığında ısıl işlemsiz çekilmiş, düşük karbon oranlı teldir Teller genellikle suda kolaylıkla çözülebilen özel bir yapıştırıcıyla birlikte tutturularak demetler halinde üretilmektedir

Karbon Lifleri

Liflerde donatıl kompozitlerin üretiminde kullanılan önemli bir lif türüdür 1960'lı yılların ikinci yarısından itibaren kullanılmaya başlanmış olan bu liflerin düşük yoğunluğuna karşın çekme dayanımı ve E ? modülü yüksektir Yüksek sıcaklıklara dayanabilen karbon liflerinin özellikleri, üretimdeki son işlem sıcaklığına bağlı olarak değişiklik göstermektedir Uygulamada 6 ila 10 mm arasında değişen çaptaki liflerin 1000-1500 adetlik demetlerinden oluşan fitil ve abkumalar kullanılmaktadır Üstün özelliklerinin yansıra on derece pahalı olan karbon lifleri, özellikle uzay ve havacılık endüstrisinde yararlanılan bir malzeme niteliğindedir Maliyeti yüksektir

Aromid Lifler

Aromid ?aromatik polyamid? in kısaltılmış adıdır Polyamidler uzun zincirli polimerlerdir Aromidin moleküler yapısında altı karbon atomu birbirine hidrojen ile bağlanmıştır İki farklı tip aromid mevcuttur Bunlar kevlar 29 ve kevlar 49'dur Camdan daha hafif ve daha risit olan bu malzeme, fiyat açısından da cam lifleri dışında kalan bir çok lif türünden daha ucuzdur Yüksek sıcaklıkta sönme dayanımı oldukça iyidir Ayrıca korozyon dayanımı oldukça iyidir Uçak yapılarında, düşük basma mukavemetleri nedeniyle karbon elyaflarla birlikte hibrit kompozit olarak, kumanda yüzeylerinde kullanılmaktadır

Bor Lifleri

1960'lı yıllarda üretilmeye başlanan bir malzemedir Yüksek dayanımlı ve pahalı bir malzeme olan bor lifleri, günümüzde özellikle metal motris elemanlarıyla birlikte metal motris malzemesi olarak kullanılmaktadırlar Elyaf çapı 0,1 mm ile 0,2 mm arasında olan ve diğer bir çok life göre oldukça kalın bir lif özelliği gösteren malzeme, yüksek çekme mukavemetine ve elastik modüle sahiptir Elastik modülü ise 400 Gpa'dır bu değer S camının elastik modülünden 5 kat daha fazladır Üstün mekanik özelliklere sahip bor elyaflar, uçak yapılarında kullanılmaktadır Ancak maliyetinin çok fazla olması nedeniyle yerini karbon elyaflara bırakmıştır

Silisyum Karbür Lifleri

Yüksek sıcaklıktaki özellikleri bor liflerinden daha iyidir Silisyum karbür elyaflar 1370 ºC'de mukavemetinin sadece %30'unu kaybeder Bor elyaf için bu 640 ºC' dir Bu elyaflar genellikle Titanyum motrisle kullanılırlar Jet motor parçalarında, Titanyum, Alüminyum, Vonodyum alaşımlı motris ile kullanılırlar

Kompozit Malzemelirinin Sınıflandırılması ve Özellikleri
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

Elyaflı Kompozitler

Bu kompozit tipi ince elyafların motris yapıda yer almasıyla meydana gelmiştir Elyafların matris içindeki yerleşimi kompozit yapının mukavemetini etkileyen önemli bir unsurdur Uzun elyafların motris 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 ise izotrop bir yapı oluşturmak mümkündür Elyafların mukavemeti kompozit yapının mukavemeti açısından çok önemlidir Ayrıca, elyafların uzunluk/çap oranları arttıkça matris tarafından elyaflara iletilen yük miktarı artmaktadır Elyaf yapının hatasız olması da mukavemet açısından çok önemlidir Kompozit yapının mukavemetinde önemli olan diğer bir unsur ise elyaf matris arasındaki bağın yapısıdır Matris yapıda boşluklar söz konusu ise elyaflarla temas azalacaktır Nem obsorbsiyonu da elyaf ile matris arasındaki bağı bozan olumsuz bir özelliktir

Parçacıklı Kompozitler

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

Tabakalı Kompozitler

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 Kompozitler:

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

Tabakalı Kompozitlerin Örnekleri ve Uygulamaları

Katmanlı kompozitlerin sayısı öylesine fazla ve uygulamaları, amaçları öylesine çoktur ki davranışları hakkında genelleme yapılması mümkün değildir Yaygın olarak kullanılanlar ise;

Katmanlar: Katmanlar organik bir yapıştırıcı ile yapıştırılmış malzeme katmanlarıdır En yaygın katman, her bir alternatif katta dik açılarla ağaç kaplama açılarının dizildiği kontraplaklardır Bu katlar fenolik veya amine reçineler gibi bir yapıştırıcı ile birleştirilir Emniyet gözlükleri, polivinil butiral gibi plastik bir yapıştırıcı ile iki cam malzemesinin birleştirildiği katman malzemelerdir Cam kırıldığı zaman yapıştırıcı cam parçacıklarının ayrılmasını önler Katmanlar, motorlarda, yalıtım için dişlilerde, basılmış devre katlarında kullanılmaktadır Yapıştırıcı katmanlar, mükemmel hafiflik, alevlenmeyi geciktirici darbe dayanımı, korozyon direnci, kolay şekillendirme ve işleme, sürtünme ısısının dağıtılması ve iyi yalıtım özelliklerini bünyesinde toplamaktır

Sert yüzey oluşturma: sert, aşınmaya dirençli yüzeyler, sert yüzey oluşturma olarak bilinen ergitme kaynağı teknikleri daha yumuşak ve sünek malzemeler üzerinde biriktirilebilir Sert yüzey alaşımlar, çeliğin sertleştirilebilen sınıflarını, sert karbürler oluşturan demir ve çelikleri, kobalt esaslı alaşımları ve belirli demir dışı alaşımları içermektedir Kompozit tungusten karbür çubukları aynı zamanda aşınma yüzeyinde tunsten karbür oluşturmak için kullanılabilmektedir Benzer kaynak işlemleri yüzeyin korozyon ve ısıya karşı direncini arttırır

Giydirilmiş Metaller: Metal ? metal kompozitleridir Genel bir örnek olarak ABD'deki gümüş paraları verilebilir Bir Cu %80 Ni alaşımının her iki tarafına Cu %80 Ni alaşımı bağlanır Yoğun olarak bakır bulunan çekirdek düşük maliyet temin ederken, yüksek nitelikli alaşım gümüş rengi vermektedirgiydirilmiş malzemeler yüksek dayanım ile birlikte iyi korozyon direnci kombinasyonuna sahiptir Alklod adı verilen giydirilmiş kompozit malzeme, ticari saflıktaki alüminyum yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarına bağlanır Saf alüminyum yüksek dayanımlı alüminyumu korozyondan korumaktadır Saf alüminyum katmanının kalınlığı toplam kalınlığın yaklaşık %1-1,5' i kadardır Alklad, korozyon direnci, dayanım ve hafifliğin arzu edildiği uçak gövdesinde, ısı dönüştürücülerinde, bina yapımında ve depolama tanklarında kullanılır

İkili Metaller: Sıcaklık göstergeleri ve kontrol edicileri, katmanlı kompozitteki iki metalin ısıl genleşme katsayısındaki farklılıktan yararlanmaktadır İki metal parçası ısıtılırsa yüksek ısıl genleşme katsayısına sahip metal daha fazla uzamış olmaktadır İki parça birbirine sıkıca bağlı ise ısıl genleşme katsayılarındaki fark şeridin eğilmesine ve eğilimli bir yüzey oluşmasına neden olur Şeridin bir ucu sabit ise serbest olan uç hareket eder Bu hareketin miktarı sıcaklığa bağlı olup, şeritteki bükülme ve sapmanın ölçülmesi ile sıcaklık tespit edilmektedir Aynı şekilde şeridin serbest ucu, elektrik anahtarını hareket ettirirse düzenli sıcaklık hareket elde etmek için bir fırının veya soğutucunun açılıp kapatılması mümkündür

Elyaf Takviyeli Kompozit Malzemelerinin Üretim Yöntemleri

arzu edilen performansa uygun kompozit malzemelerinin üretiminde maliyet unsuru ilk düşünülmesi gereken en önemli parametrelerden biridir Üretim maliyetini, performans, tasarım, malzeme seçimi ve şekil verme yöntemi doğrudan etkilemektedir Kompozit yapıyı oluşturan bileşenlerin seçimi ve bileşen konfigrasyonu üretim maliyetini önemli ölçüde düşürebilmektedir Tasarım konsepti ile maliyetin düşürülmesi her zaman geçerli bir yöntem olup daima göz önüne alınmalıdır Mukavemet ve tokluk, minimum ağırlık, yüksek sıcaklıkta kullanılabilirlik, yorulma mukavemeti, düşük bakım masrafı, korozyon dayanımı, hasar toleransları ve tamir kolaylıkları gibi faktörler birlikte düşünülerek, en düşük maliyetli, en kolay üretilebilir bir kompozit sistem seçilmelidir Doğranmış, ufaltılmış, tanelere ayrılmış kısa boylu elyaf ve partüküller ile dokunmuş demet şeklinde veya dokunmamış kumaş yapısındaki takviye malzemesi, reçine yüzüne yatırılarak, çeşitli el aletleri ile sıvanıp tam-ısıtma temin edilerek kompozit malzemenin elde edilmesi günümüzde çok yaygın olarak kullanılan bir metoddur

Elyaf Sarma

Sürekli elyafın bir bağlayıcı ortamından geçirildikten sonra, dönel madrenle, önceden belirlenmiş sarım geometrisine uygun sarılması yöntemine elyaf sarma adı verilmektedir Genellikle sarılan öz veya mandrel, sarım işleminden sonra çıkarılır Bazı hallerde sabit mandrel kullanılarak kompozit kabuk ile takviye edilebilir Elyaf sarma yönteminin bazı avantaj ve dez avantajları aşağıda verilmiştir

Sürekli elyaf ağı ile yüksek mukavemet sağlar

Ardarda sarılan elyaflar mukavemeti arttırır

İmalatı kolaydır

Oldukça büyük yapılar elde edilebilir

Yüksek elyaf yoğunluğuna ulaşılabilir

Avantajlı üretim maliyetine sahiptir

Çeşitli simetrik malzemelerin üretildiği elyaf sarma yönteminin bazı dezavantajları aşağıda verilmiştir

Mandrelin çıkartılabileceği şekilde tasarlanması

Konveks yüzeylerin elde edilememesi

Sarım yolunun kolaylıkla değiştirilememesi

Kompleks ve pahalı mandrellerin kullanılması

Zayıf bir dış yüzeye sahip bulunması

Bu olumsuzluklara rağmen, boru, fittings, tüp, basınçlı kaplar, küresel ve silindirik yapılarda oldukça tercih edilen bir yöntemdir

Açık ? Kalıp Yöntemleri

Takviye elemanının reçine yüzeyine yerleştirilmesi, reçine sıvama veya elyaf dokuma ile kalıp formuna uygun yüzeylerin elde edilmesi genelde açık-kalıp yöntemi ile şekillendirme adı verilmektedir Doğranmış, ufaltılmış, tanelere ayrılmış, kısa boylu elyaf ve partiküller ile dokunmuş, demet şeklinde veya dokunmamış kumaş yapısındaki takviye malzemesi, reçine yüzeyine yatırılarak çeşitli el aletleri ile sıvanıp tam ıslatma temin edilerek, kompozit malzemenin elde edilmesi günümüzde en yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir Bu amaçla en çok ahşap kalıp kullanılmakla birlikte alüminyum ve plastik kalıplarda kullanılabilmektedir Kalıp yüzeyi aynı zamanda ayırıcı özelliğe sahip sert yüzey temin eden ?gelcoat? ile sıvandıktan sonra takviye malzemesi yatırılarak reçine ile sıvanır Sıvama tekniği elyaf oranını etkilediğinden önemlidir Elle sıvama ve elyafa şekil verme yerine vakum-folyo altında aynı işlemler yapılabilir