PLASTİK MATRİSLİ
KOMPOZİTLER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİTLER
• Polimer malzemeler, son 25-30 yıl içerisinde önemli gelişmeler
göstererek günlük yaşantımızda ve endüstrinin hemen her dalında
kullanılan malzemeler haline gelmişlerdir.
• Polimerler, yapıları gereği çelik ve diğer konvansiyonel
malzemelerden farklıdırlar ve onların avantajlı yanları ön plana
çıkartılarak kullanım alanları giderek genişlemektedir.
• Polimer ve polimer kompozitlerin baslıca hedefleri en az çelik kadar
sağlam, olabildiğince hafif, yüksek kullanım sıcaklıklarına dayanıklı
ve ekonomik malzeme üretimidir.
• Günümüzde ileri mühendislik malzemelerinin kullanımında hiç
şüphesiz otomotiv sektörü en büyük payı almaktadır.
• Otolarda çeşitli plastik malzemelerin kullanımı % 10 civarında ise
de tamponlar gibi bazı özel uygulamalarda plastik kompozitler
rakipsizdir
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
POLİMER MATRİSLİ KOMPOZİTLER
• Çeşitli mühendislik uygulamalarında metallerin yerini tercihen
kullanılan polimer kompozitler sadece hafiflik, mekanik dayanım gibi
özellikler değil, insan dokuları ile uyum sağlayan ve sertlik derecesi
ayarlanabilen yapay doku ve organlar gibi uygulamaların dışında
"optik elyaf" ve basınç ile elektrik üretebilen" piezo elektrik özellikli
ve istenildiği gibi işlenebilen özel sistemlerin yapımında da metal ve
seramik malzemelerin yerlerine kullanılmaktadır.
• Polimer kompozitler, iki ana kategoride incelenebilir.
-- parçacık dolgulu kompozitler
-- sürekli elyaf kompozitler
•
Özellikle sürekli elyaf içeren kompozitler yüksek performans
istenen alanlarda giderek daha çok kullanılmaktadir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ELYAFLI KOMPOZİTLER
•
•
•
•
•
•
Bu kompozit tipi ince elyafların matris yapıda yer almasıyla meydana
gelmiştir.
Elyafların matris içindeki yerleşimi kompozit yapının mukavemetini
etkileyen önemli bir unsurdur.
Uzun elyafların matris içinde birbirlerine paralel şekilde yerleştirilmeleri ile elyaflar
doğrultusunda yüksek mukavemet sağlanırken,
elyaflara dik doğrultuda oldukça 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 oranlar arttıkça matris tarafından elyaflara iletilen
yük miktarı artmaktadır.
Elyaf yapının hatasız olması da mukavemet açısından çok önemlidir. Elyaflarla
pekiştirilmiş polimer kompozitler endüstride çok geniş kullanma alanına sahiptir.
Pekiştirici olarak cam, karbon kevlar ve boron lifleri kullanılır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ELYAFLI KOMPOZİTLER
Bazı elyaf veya liflerin (pekiştirici/takviye liflerin) özellikleri
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ELYAFLI KOMPOZİTLER
•
•
•
•
•
•
•
Kompozit yapının mukavemetinde önemli olan diğer bir unsur ise elyaf matris
arasındaki bağın yapısıdır.
Matris yapı da boşluklar söz konusu ise elyaflarla temas azalacaktır.
Nem absorbsiyonu da elyaf ile matris arasındaki bağı bozan olumsuz bir özelliktir.
Günümüzde kompozit yapılarda en önemli takviye malzemeleri sürekli elyaflardır. Bu
elyaflar özellikle modern kompozitlerin oluşturulmasında önemli bir yer tutarlar.
Cam elyaflar teknolojide kullanılan en eski elyaf tipleridir. Son yıllarda geliştirilmiş
olan bor, karbon, silisyum karbür ve aramid elyaflar ise gelişmiş kompozit yapılarda
kullanılan elyaf tipleridir.
Elyafların ince çaplı olarak üretilmeleri ile, büyük kütlesel yapılara oranla yapısal hata
olasılıkları en aza indirilmiştir. Bu nedenle üstün mekanik özellikler gösterirler.
Ayrıca, elyafların yüksek performanslı mühendislik malzemeleri olmalarının nedenleri
aşağıda verilen özelliklere de bağlıdır ;
--Üstün mikroyapısal özellikler, tane boyutlarının küçük oluşu ve küçük çapta
üretilmeleri.
--Boy/çap oranı arttıkça matris malzeme tarafından elyaflara iletilen yük miktarının
artması
--Elastisite modülünün çok yüksek olması
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
CAM ELYAFLAR
• Cam elyaflar, sıradan bir şişe camından yüksek saflıktaki kuarts
camına kadar pek çok tipte imal edilirler.
• Cam amorf bir malzemedir . Üç boyutlu moleküler yapıda, bir
silisyum atomu dört oksijen atomu ile çevrilmiştir.
• Silisyum metalik olmayan hafif bir malzemedir, doğada genellikle
oksijenle birlikte silis (Si 0 2) şeklinde bulunur.
• Cam eldesi için silis kumu, katkı malzemeleri ile birlikte kuru halde
iken 1260 ºC civarına ısıtılır ve soğumaya bırakıldığında sert bir yapı
elde edilir.
• Cam elyaf silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda gibi cam üretim
maddelerinden üretilmektedir.
• Cam elyaf, elyaf takviyeli kompozitler arasında en bilinen ve
kullanılanıdır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
CAM ELYAFLARIN ÖZELLİKLERİ
Cam elyafın bazı özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir ;
•
•
•
•
•
•
Yüksek çekme mukavemetine sahiptirler, birim ağırlık başına mukavemeti
çeliğinkinden daha yüksektir.
Isıl dirençleri düşüktür. Yanmazlar, ancak yüksek sıcaklıkta yumuşarlar. Bu
özellikleri katkı malzemeleri kullanılarak iyileştirilebilir.
Kimyasal malzemelere karşı dirençlidirler.
Nem absorbe etme özellikleri yoktur, ancak cam elyaflı kompozitlerde matris
ile cam elyaf arasında nemin etkisi ile bir çözülme olabilir.Özel elyaf
kaplama
işlemleri ile bu etki ortadan kaldırılabilir.
Elektriği iletmezler. Bu özellik sayesinde elektriksel yalıtımın önem
kazandığı
durumlarda cam elyaflı kompozitlerin kullanılmasına imkan tanırlar.
Cam elyaf imalinde silis kumuna çeşitli katkı malzemeleri eklendiğinde yapı
bu malzemelerin etkisi ile farklı özellikler kazanır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
CAM ELYAFLARIN ÖZELLİKLERİ
Dört farklı tipte cam elyaf mevcuttur
•
•
•
•
1. A (Alkali) Camı
A camı yüksek oranda alkali içeren bir camdır .Bu nedenle elektriksel
yalıtkanlık özelliği kötüdür. Kimyasal direnci yüksek olan A camı, en yaygın cam
tipidir.
2. C (Korozyon) Camı
Kimyasal çözeltilere direnci çok yüksektir, bileşimi ve özellikleri Tablo 3.1’de
verilmektedir.
3. E (Elektrik) Camı
Düşük alkali oran nedeniyle elektriksel yalıtkanlığı diğer cam tiplerine göre çok iyidir.
Mukavemeti oldukça yüksektir. Suya karşı direnci de oldukça iyidir. Nemli ortamlar
için geliştirilen kompozitlerde genellikle E camı kullanılır.
4. S,R (Mukavemet) Camı
Yüksek mukavemetli bir camdır. Çekme mukavemeti E camına oranla %33 daha
yüksektir. Ayrıca yüksek sıcaklıklarda oldukça iyi bir yorulma direncine sahiptir. Bu
özellikleri nedeniyle havacılıkta ve uzay endüstrisinde tercih edilir.
Cam elyaflar genellikle plastik veya epoksi reçinelerle kullanılırlar. Tablo da cam elyaf
tiplerine ait kimi özellikler verilmiştir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
CAM ELYAFLARIN ÖZELLİKLERİ
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
CAM ELYAFLARIN ÜRETİMİ
•
•
•
•
•
•
Cam elyaf özel olarak tasarlanmış ve dibinde küçük deliklerin bulunduğu
özel bir ocaktan eritilmiş camın itilmesiyle üretilir.
Bu ince elyaflar soğutulduktan sonra makaralara sarılarak kompozit
hammaddesi olarak nakliye edilir.
Özellikle cam elyaf ile matris arası yapışma gücünü arttıran "silan" bazlı ve
elyaf üzerinde ince film oluşturan kimyasalların geliştirilmesinden sonra
kullanım sahaları artmıştır.
Elyaflar işlem sırasında dayanıklılıklarının %50‘sini kaybetmelerine rağmen
son derece sağlamdırlar.
Elyaf kumaşları genellikle sürekli cam elyafların lifleri ile üretilmektedir.
İşlemler sırasında değişik kimyasalların eklenmesi ve bazı özel üretim
yöntemleri ile farklı türde cam elyaflar üretilebilmektedir. Cam elyaf üretimi için
genellikle dikdörtgen prizma şeklinde fırınlar kullanılmaktadır. Bu fırınlar normal cam
üretim fırınlarına benzemekle birlikte ekstra bir ısıtıcıya da sahiptir.
Fırın ısısını sağlamak amacı ile elektrik enerjisi ve fuel oil kullanılmaktadır. Günlük
200 ton civarında cam elyaf üretecek hammaddeyi ergitebilen fırınlar mevcuttur.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
CAM ELYAF ÜRETİMİ
•
Mekanik Lif Çekme Yöntemi
Filamanlar kovan çıkışında mekanik yöntem ile çekilir ve daha sonra
sarılırlar. Şekil de yöntem şematik olarak gösterilmektedir. Bu yöntem cam
fiberi yönteminde en çok kullanılan yöntemdir
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
(1)Basınçlı hava girişi; (2)Joule
etkisi ile ısıtılmış kovan;(3)
etekler;(4)spray boyutunu
ayarlayan aparat;(5)delikli
tambur;(6) tambur vakumu; (7)
akan fiberler (8)fiberler için
toplama çemberi (9) iplik (10)
şekillendirme makarası (11)
sarım makarası
Pnömatik lif çekme yöntemi
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
CAM ELYAFLAR
•
Bileşenlerine bağlı olarak,
kullanışlı elyaflar dönüştürülebilen
çeşitli cam tipleri mevcuttur.
Özellikler
E-Camı
R-Camı
g/cm³
2,6
2,55
GPa
73
86
3400
4400
4,4
5,2
0,22
-
Yoğunluk
r
Elastiklik Modülü
E
Çekme Dayanımı
Rm
Maksimum Uzama
Poisson Oranı
04.04.2014
MPa
%
Öz ağırlık :r = ağırlık/hacim
Tip
Genel Karakteristik
E
D
A
C
R,S
Genel kullanım, iyi elektriksel özellikler
Yüksek dielektrik değerler
Yüksek alkali içerir
İyi kimyasal dayanım
Yüksek mekanik özellikler
Değişik türlerdeki camların
karekteristikleri
E ve R tipi camların mekanik özellikleri
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
BOR ELYAFLAR
•
•
•
•
•
Bor elyaflar aslında kendi içlerinde kompozit yapıdadırlar. Çekirdek olarak
adlandırılan ince bir flamanın üzerine bor kaplanarak imal edilirler. Çekirdek genellikle
Tungstendir. Karbon çekirdek de kullanılabilir ancak bu yeni bir uygulamadır.
Bor-Tungsten elyaflar, sıcak tungsten flamanın hidrojen ve bortriklorür (BCl3)
gazından geçirilmesi ile üretilirler. Böylece Tungsten flamanın dışında bor plaka
oluşur. Bor elyaflar değişik çaplarda üretilebilirler (0.05 mm ila 0.2 mm). Tungsten
çekirdek ise daima 0.01 mm çapında üretilir.
Bor elyaflar yüksek çekme mukavemetine ve elastik modüle sahiptirler. Çekme
mukavemetleri 2758 MPa ila 3447 MPa’dır. Elastik modül ise 400 GPa’dır. Bu değer
S camının elastik modülünden beş kat daha fazladır.
Üstün mekanik özelliklere sahip olan bor elyaflar, uçak yapılarında kullanılmak üzere
geliştirilmişlerdir. Ancak, maliyetlerinin çok yüksek olması nedeniyle, son yıllarda
yerlerini karbon elyaflara bırakmışlardır.
Bor elyafların Silisyum Karbür (SiC) veya Bor Karbür (B4C) kaplanmasıyla
yüksek sıcaklıklara dayanım artar. Özellikle bor karbür kaplanması ile çekme
mukavemeti önemli ölçüde artırılabilir. Bor elyafların erime sıcaklıkları 2040 ºC
civarındadır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
BOR ELYAFLAR
Çeşitli refrakter veya seramik elyaflar buhar fazında kimyasal biriktirme
yöntemi ile üretilebilmektedir.
•
•
•
•
•
•
•
Üretilen bazı elyaf türleri aşağıdaki gibidir:
Bor (B) elyaflar
Bor-karbür (B 4 C) elyaflar
Silikon-karbür ( SiC ) elyaflar
Bor-silikon karbür (BorSiC) elyaflar
Bu elyaflar büyük çaplarda (yaklaşık 100 mikrona kadar) üretilmektedir.
Yaklaşık 20 mikron çapındaki bir tungsten veya karbon destek çubuğu
etrafına aşağıdaki seramiklerin kaplanması ile üretilmektedirler. 40 mikron
kalınlığında bor katmanı (bor elyaflar )
40 mikron kalınlığında bor katmanı ve 4 mikron kalınlığında bor-karbür
katmanı (B- B 4 C elyaflar )
Silikon-karbür katmanı (SiC elyaflar )
Bor ve Silikon-karbür katmanı (BorSiC elyaflar )
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
BOR ELYAFLAR
Çeşitli bor elyafların mekanik özellikleri
Özellik
Bor
Bor + B4C
SiC
2,6
2,6
3
100-150
100-150
100-150
Yoğunluk
r (g/cm³)
Çap
(mm)
Elastiklik Modülü
E (GPa)
430
430
410
Spesifik Modül
E/r (MNm/kg)
165
165
140
Çekme Dayanım
Rm (MPa)
3800
4000
3900
Spesifik Dayanım
Rm /r (kNm/kg)
1460
1540
1300
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
SİLİSYUM KARBÜR ELYAFLAR
• Bor gibi, Silisyum karbürün tungsten çekirdek üzerine kaplanması ile
elde edilirler. 0.1 mm ila 0.14 mm çaplarında üretilirler.
• Yüksek sıcaklıklardaki özellikleri bor elyaflardan daha iyidir. Silisyum
karbür elyaf 1370 ºC’ta mukavemetinin sadece %30 ’nu kaybeder.
Bor elyaf için bu sıcaklık 640 ºC’tır.
• Bu elyaflar genellikle Titanyum matrisle kullanılırlar. Jet motor
parçalarında Titanyum, Alüminyum ve Vanadyum alaşımlı matris ile
kullanılırlar.
• Ancak Silisyum karbür elyaflar, bor elyaflara göre daha yüksek
yoğunluğa sahiptirler.
• Silisyum karbürün karbon çekirdek üzerine kaplanması ile üretilen
elyafların yoğunluğu düşüktür.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ALÜMİNA ELYAFLAR
• Alümina, Alüminyum oksittir (Al2O3).
• Elyaf formundaki alümina, 0.02 mm çapındaki alümina
flamanın Silisyum dioksit (SiO2) kaplanması ile elde
edilir.
• Alümina elyafların çekme mukavemetleri yeterince iyi
değildir ancak basma mukavemetleri yüksektir. Örneğin,
alümina/epoksi kompozitlerin basma mukavemetleri
2275 ila 2413 MPa’dır.
• Ayrıca, yüksek sıcaklık dayanımları nedeniyle uçak
motorlarında kullanılmaktadırlar.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
GRAFİT - KARBON ELYAFLAR
• Karbon, yoğunluğu 2.268 gr/cm3 olan kristal yapıda bir malzemedir.
Karbon elyaflar cam elyaflardan daha sonra gelişen ve çok yaygın
olarak kullanılan bir elyaf grubudur.
• Hem karbon hem de grafit elyaflar aynı esaslı malzemeden
üretilirler. Bu malzemeler hammadde olarak bilinirler.
• Karbon elyafların üretiminde üç adet hammadde mevcuttur.
Bunlardan ilki rayondur (suni ipek).
• Ryon inert bir atmosferde 1000 - 3000 ºC civarına ısıtılır ve aynı
zamanda çekme kuvveti uygulanır. Bu işlem mukavemet ve tokluk
sağlar. Ancak yüksek maliyet nedeniyle rayon elyaflar uygun
değildirler.
• Karbon ve grafit aynı hammaddeden elde edilirler, grafit daha
yüksek sıcaklıkta elde edilir, bu da daha yüksek saflık sağlar.
• Karbon ve grafit elyafların karşılaştırılması Tablo da verilmektedir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
KARBON VE GRAFİT ELYAFLARIN
KARŞILAŞTIRILMASI
Karbon ve Grafit Elyafların Karşılaştırılması
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
KARBON ELYAFLAR
• Karbon lifi ilk defa karbonun çok iyi bir elektrik iletkeni
olduğu bilinmesinden dolayı üretilmiştir.
• Cam fiberin metale göre sertliğinin çok düşük
olmasından dolayı sertliğin 3–5 kat artırılması çok
belirgin bir amaçtır.
• Karbon fiber, epoksi matriksler ile birleştirildiğinde
olağanüstü dayanıklılık ve sertlik özellikleri gösterir.
• Karbon fiber üreticileri devamlı bir gelişim içerisinde
çalışmalarından dolayı karbon fiberlerin çeşitleri sürekli
değişmektedir.
• Karbon fiberin üretimi çok pahalı olduğu için ancak uçak
sanayinde, spor gereçlerinde veya tıbbi malzemelerin
yüksek değerli uygulamalarında kullanılmaktadır
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
KARBON ELYAF ÜRETİMİ
Karbon elyaflar çoğunlukla iki malzemeden elde edilir;
Zift ve PAN (Poliakrilonitril)
•
•
•
•
•
Zift tabanlı karbon elyaflar göreceli olarak daha düşük mekanik özelliklere
sahiptir. Buna bağlı olarak yapısal uygulamalarda nadiren kullanılırlar.
PAN tabanlı karbon elyaflar kompozit malzemeleri daha sağlam ve daha
hafif olmaları için sürekli geliştirilmektedir.
Bu elyaflar ile önce gerdirilerek termoset işlemlerle 400°C’ nin üzerine
ısıtılır. İlk aşama organik malzemenin oksidasyonuna neden olur. Daha
sonra malzeme yaklaşık olarak 800°C’ de vakum altında karbonizasyon
işlemine tabii tutulur ve karbon dışındaki empüritelerden arındırılır.
Malzemenin karbonizasyonundan sonra elyaflar %50 ile %100 arasında
gerdirilerek 1100° C ile 3000° C arasında ısıtılarak grafitleştirme işlemi
yapılır.
Son olarak elyaflar yüzey işlemlerinden geçerler ve epoksi-fiber bağının
güçlenmesini sağlamak amacıyla epoksi kaplanılar.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
KARBON ELYAF ÜRETİMİ
PAN ve zift proseslerinin şematik gösterimi
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
KARBON ELYAFLAR
• 1. Yüksek çekme mukavemetine ve 200 - 300 GPa değerinde orta
elastik modüle sahip olan elyaflar (High Tensile Strength “HT”)
• 2. 400 GPa değerinde yüksek elastik modüllü elyaflar (High Module
“HM”)
• Karbon elyafların en önemli özellikleri düşük yoğunluğun yanısıra
yüksek mukavemet ve tokluk değerleridir.
• Karbon elyaflar, nemden etkilenmezler ve sürtünme mukavemetleri
çok yüksektir.
• Aşınma ve yorulma mukavemetleri oldukça iyidir. Bu nedenle askeri
ve sivil uçak yapılarında yaygın bir kullanım alanına sahiptirler.
• Karbon elyaflar çeşitli plastik matrislerle ve en yaygın olarak epoksi
reçinelerle kullanılırlar.
• Ayrıca karbon elyaflar alüminyum, magnezyum gibi metal matrislerle
de kullanılırlar.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
KARBON ELYAFLAR
Farklı Karbon Elyaf Dokuma
Karbon Elyaf Örnekleri
Elyaf Dokuma
Türleri
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
GRAFİT ELYAFLAR
• Grafit elyaflar yaklaşık 0.008 mm çapında üretilirler.
• PAN bazlı grafit elyaflar çeşitli özelliklerde üretilebilirler.
• Elyaf imalatında genellikle rayonun yerine poliakrilonitril (PAN)
kullanılır.
• PAN bazlı elyaflar 2413 ila 3102 MPa değerinde çekme
mukavemetine sahiptirler ve maliyetleri düşüktür.
Karbon Elyaf Örnekleri
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ARAMİD ELYAFLAR
• Aramid “aromatik polyamid”in kısaltılmış adıdır.
• Polyamidler uzun zincirli polimerlerdir, aramidin moleküler yapısında
altı karbon atomu birbirine hidrojen atomu ile bağlanmışlardır.
• İki farklı tip aramid elyaf mevcuttur. Bunlar Du Pont firması
tarafından geliştirilen Kevlar 29 ve Kevlar 49 ’dur.
• Aramidin mekanik özellikleri grafit elyaflarda olduğu gibi elyaf ekseni
doğrultusunda çok iyi iken elyaflara dik doğrultuda çok zayıftır.
• Aramid elyaflar düşük ağırlık, yüksek çekme mukavemeti ve düşük
maliyet özelliklerine sahiptir.
• Darbe direnci yüksektir, gevrekliği grafitin gevrekliğinin yarısı
kadardır. Bu nedenle kolay şekil verilebilir.
• Doğal kimyasallara dirençlidir ancak asit ve alkalilerden etkilenir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ARAMİD ELYAFLAR
Farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için birçok farklı
özelliklerde aramid fiberi üretilmektedir.
Önemli Özellikleri;
•
•
•
•
•
•
•
•
Genellikle rengi sarıdır
Düşük yoğunlukludur.
Yüksek dayanıklılık
Yüksek darbe dayanımı
Yüksek aşınma dayanımı
Yüksek yorulma dayanımı
Yüksek kimyasal dayanımı
Kevlar fiberli kompozitler Cam fiberli kompozitlere göre 35% daha
hafiftir
• E Cam türü fiberlere yakın basınç dayanıklılığı
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ARAMİD ELYAFLAR
Aramid fiberlerin dezavantajları:
•
•
1- Bazı tür aramid fiberi ultraviole ışınlara maruz kaldığında bozulma göstermektedir.
Sürekli karanlıkta saklanmaları gerekmektedir.
2- Fiberler çok iyi birleşmeyebilirler. Bu durumda reçinede mikroskobik çatlaklar
oluşabilir. Bu çatlaklar malzeme yorulduğunda su emişine yol açmaktadır.
Genellikle plastik matriksler için takviye elemanı olarak kullanılan
aramid fiberinin bazı kullanım alanları
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Balistik koruma uygulamaları; Askeri kasklar, kurşungeçirmez yelekler...
Koruyucu giysiler; eldiven, motosiklet koruma giysileri, avcılık giysi ve aksesuarları
Yelkenliler ve yatlar için yelken direği
Hava araçları gövde parçaları
Tekne gövdesi
Endüstri ve otomotiv uygulamaları için kemer ve hortum
Fiber optik ve elektromekanik kablolar
Debriyajlarda bulunan sürtünme balatalarında ve fren kampanalarında
Yüksek ıs ve basınçlarda kullanılan conta, salmastra vb.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ARAMİD ELYAFLAR
•
•
•
•
•
•
•
•
Her iki kevlarda 2344 MPa değerinde çekme mukavemetine sahiptir ve
kopma uzaması %1.8 ’dir.
Kevlar 49’un elastik modülü Kevlar 29’unkinden iki kat fazladır.
Kevlar elyafın yoğunluğu cam ve grafit elyafların yoğunluklarından daha
düşüktür.
Kevlar 49/Epoksi kompozitlerinin darbe mukavemeti grafit/epoksi
kompozitlere oranlar yedi kat, bor/epoksi kompozitlere oranla dört kat daha
iyidir.
Uçak yapılarında, düşük basma mukavemetleri nedeniyle, karbon elyaflarla
birlikte hibrid kompozit olarak, kumanda yüzeylerinde kullanılmaktadırlar.
Aramid elyaflar elektriksel iletkenliğe sahip değildirler.
Basma mukavemetlerinin iyi olmamasınn yanısıra kevlar/epoksi
kompozitlerinin nem absorbe etme özellikleri kötüdür.
Tablo ’da farklı elyaf malzemelerin epoksi matris ile oluşturduğu yarı mamul
tabaka maliyetleri, E camının maliyeti baz alınarak verilmektedir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ARAMİD ELYAFLAR
Aramid monofilamanların mekanik özellikleri
Özellik
Kevlar 29
Kevlar 49
Kevlar 149
Twaron
Technora
Yoğunluk,
r (g/cm³)
1,44
1,45
1,47
1,44
1,39
Çap,
(mm)
12
12
12
12
12
Elastiklik Modülü, E (GPa)
60
120
160
60
90
Spesifik Modül,
Ef/r (MNm/kg)
42
82
110
42
65
Çekme Dayanımı,
Rm (MPa)
3000
3000
2400
2600
2800
2080
2070
1630
1800
2010
3,6
1,9
1,5
3
4
Spesifik Dayanım, Rm/r (kNm/kg)
Maksimum Uzama,
04.04.2014
%
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
FARKLI ELYAFLARDAN OLUŞAN
KOMPOZİTLERİN BİRİM MALİYETLERİ
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİTLERİN
YAPI BİLEŞENLERİ
Kullanılan Matrisler
Kullanılan Fiberler
Termosetler
Cam Fiberler
Termoplastikler
Karbon Fiberler
Aramid Fiberler
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOSET MATRİSLER
En çok kullanılan matris malzemeleridir.
Sıvı halde bulunurlar, ısıtılarak ve kimyasal
tepkimelerle sertleşir ve sağlamlaşırlar.
Termoset
polimerlerin
polimerizasyon
süreci,
termoplastiklerden farklı olarak geri dönüşü olmayan bir
süreçtir.
Yüksek sıcaklıklarda dahi yumuşamazlar.
Termoset matris malzemelerin üretiminde kullanılan
malzeme tipleri; epoksi, polyester, vinylester ve fenolik
reçinelerdir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOSET MATRİSLER
•
•
•
•
•
Termoset plastikler sıvı halde bulunurlar, ısıtılarak ve kimyasal
tepkimelerle sertleşir ve sağlamlaşırlar.
Çoğu termoset matris sertleşmemeleri için dondurulmuş olarak
depolanmak zorundadır. Dondurucudan çıkarılıp oda sıcaklığında bir
müddet (1-4 hafta arası) bekletildiğinde sertleşmeye başlar ve
özelliklerini kaybederek biçim verilmesi zor bir hâl alır ve
kullanılamaz duruma gelir. Dondurucu içinde olmak şartıyla raf
ömürleri ise 6 ila 18 ay arasında değişmektedir.
Termoset reçineler kimyasal etkiler altında çözülmez ve olağandışı
hava şartlarında dahi uzun ömürlü olmaktadırlar.
Yüksek mukavemet gerektirmeyen durumlarda en çok kullanılan
matris malzemesi polyester reçinesidir.
Gelişmiş kompozitlerin üretiminde ise genellikle epoksi reçinesi
kullanılmaktadır
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOSET MATRİSLER
•
•
•
•
•
Epoksi Reçine Matrisler
Epoksiler iki ya da daha fazla epoksit içeren bileşenlerden oluşurlar.
Polifenol’ün epikloridin ile bazik şartlarda reaksiyonu sonucu elde
edilirler. Viskoz ve açık renkli bir sıvı halindedirler.
Epoksilere uygulanan kür işlemleri ile yüksek sıcaklıklara
dayanımları 150-200ºC’ a artırılabilir. Saydam ve yapışkan hal amorf
polimerlerin karakteristiğidir.
Tüm polimerler düşük sıcaklıklarda saydamlaşırlar ve yüksek
sıcaklıklarda kauçuklaşırlar. Geçişin meydana geldiği sıcaklık
aralığına “Camsı geçiş sıcaklığı ” adı verilir.
Camsı geçiş sıcaklığı maksimum çalışabilme sıcaklığının bir
ölçüsüdür. 100 ºC’ a arttırılabilir.
150-250 ºC arasında uygulanacak bir kür ile 150-250 ºC arasında
maksimum çalışma sıcaklığı sağlanabilir. Kür işlemleri uygun
katalizörlerin kullanılması ile hızlandırılabilir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOSET MATRİSLER
Bazı Termoset Plastik Matris Malzemelerinin Özellikleri
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOSET MATRİSLER
• Epoksilerin avantajı ve dezavantajları aşağıdaki gibi
özetlenebilir;
Avantajları :
• Kopma mukavemetleri yüksektir.
• Elyaf yapılarla yüksek bağ mukavemeti sağlarlar.
• Yüksek aşınma direncine sahiptirler.
• Uçucu değildirler ve kimyasal dirençleri yüksektir..
• Düşük ve yüksek sıcaklıklarda sertleşebilme özelliğine
sahiptirler.
Dezavantajları :
• Polyesterle karşılaştırıldığında pahalıdır.
• Polyestere oranla daha yüksek viskoziteye sahiptirler.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOSET MATRİSLER
Polyester matrisler
•
Polyesterin ana tipleri, polyester bileşeninin doymuş asitle ya da alternatif malzeme olarak glikolle
modifikasyonu temeline dayanır. Ayrıca kür işlemi ile matrisin esnekliği iyileştirilerek kopma
gerilmesi artırılabilir.
Polyester matrislerin avantaj ve dezavantajları aşağıdaki gibi özetlenebilir;
Avantajları :
•
•
•
•
Takviyelerin neminin kolayca dışarı atılabilmesine izin veren düşük viskozite.
Düşük maliyet.
Çeşitli uygulamalar için geniş bir sınır içinde kolay imal edilebilirlik.
İyi çevresel dayanım.
Dezavantajları :
•
•
•
Kür sırasındaki yüksek egzotermik reaksiyon zayıf elyaf/matris bağı
mukavemetine neden olur.
Sistem gevrekleşmeye eğilimlidir.
Çok seyreltik alkalilere bile zayıf kimyasal direnç gösterir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOSET MATRİSLER
Vinylester Reçine Matrisler
• Polyesterlere benzerler.
• En önemli avantajları elyaf ve matris arasında iyileştirilmiş bir bağ
mukavemetine sahip olmalarıdır.
Fenolik Reçine Matrisler
• Fenol, alkalin şartları altında formaldehitle yoğuştuğunda
polimerizasyon oluşur.
• Polimerizasyon asidik şartlar altında yapılır.
• Fenolik reçinelerin en büyük avantajı yüksek sıcaklık dirençleri
olmalarıdır.
• En önemli dezavantajları ise diğer matris malzemelerine göre
mekanik özelliklerinin düşük olmasıdır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOPLASTİK MATRİSLER
•
•
•
•
•
•
Termoplastik polimerlerinin çeşitlerinin çok fazla olmasına rağmen matris
olarak kullanılan polimerler sınırlıdır.
Termoplastikler düşük sıcaklıklarda sert halde bulunurlar ısıtıldıklarında
yumuşarlar.
Termosetlere göre matris olarak kullanımları daha az olmakla birlikte üstün
kırılma tokluğu, hammaddenin raf ömrünün uzun olması, geri dönüşüm
kapasitesi ve sertleşme prosesi için organik çözücülere ihtiyaç
duyulmamasından dolayı güvenli çalışma ortamı sağlaması gibi avantajları
bulunmaktadır.
Bunun yanı sıra şekil verilen termoplastik parça işlem sonrası ısıtılarak
yeniden şekillendirilebilir.
Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastik soğutucu içinde
bekletilmeden depolanabilir.
Termoplastikler yüksek sertlik ve çarpma dayanımı özelliğine de sahiptirler.
Yeni gelişmelerle termo plastiğin sağladığı bu artı değerleri son dönem
termoset matrislerinden 977-3 Epoksi ve 52450-4 BMI reçineleri de
sağlamaktadırlar.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOPLASTİK MATRİSLER
•
•
•
•
•
•
•
•
Termoplastiklerin kompozit malzemelerde matris olarak tercih edilmemelerinin başlıca
nedeni üretimindeki zorlukların yanı sıra yüksek maliyetidir.
Oda sıcaklığında düşük işleme kalitesi sağlarlar, bu onların üretimde zaman kaybına
yol açmasına neden olur.
Termoplastik, reçineler malzemenin çekme ve eğilme dayanımlarının artırılması için
kullanılırlar
Bazı termoplastikleri istenilen şekillere sokabilmek için çözücülere ihtiyaç duyulabilir.
Termo plastikler, termosetlere kıyasla hammaddesi daha pahalıdır.
Başlangıçta amorf yapılı reçinelerden polietersulfon (PES) ve polieterimid (PEI)
matris olarak kullanılmaktaydı.
Sonraki dönemde ise havacılık sektörü uygulamaları için çözücülere karşı dayanım
önemli bir kriter olarak ortaya çıkmıştır. Bu ihtiyaç sonrasında Polietereterketon
(PEEK) and Polifenilen sulfid (PPS) gibi yarı-kristal yapılı plastik malzemeler
geliştirilmiştir.
Ayrıca sınırlı oranlarda Poliamidimid (PAI) ve Poliimid gibi plastiklerde
kullanılmaktadır. Bu polimerler diğer termoplastiklerden farklı olarak
polimerizasyonlarını kür aşamasında tamamlarlar.
En yoğun çalışmalar ise PA, PBT/PET ve PP gibi düşük sıcaklıklarda kullanılan
polimerlerin üzerine yapılmıştır. Tüm bu polimerlerin haricinde ABS, SAN, SMA
(StirenMaleikAnhidrit), PSU (Polisülfon), PPE (Poifenilen Eter) matris olarak kullanılır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
TERMOPLASTİK MATRİSLER
• Otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan termoplastikler uçak
sanayisinde de yüksek performanslı malzeme çözümlerinde
kullanılmaktadırlar.
• Çoğunlukla enjeksiyon ve ekstrüzyon kalıplama yöntemleri ile
üretilen termoplastiklerin üretiminde GMT (Glass Mat Reinforced
Thermoplastics / Preslenebilir Takviyeli Termoplastik) olarak ta
üretilmektedir.
• Bu yöntemle hazırlanan takviyeli termoplastikler soğuk plakaların
preslenebilmesi ve geri dönüşüm sürecine uygunluğundan dolayı
özellikle otomotiv sektöründe tercih edilmektedir
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
BELLİ BAŞLI TERMOPLASTİK
REÇİNELERİ VE İŞLEM SICAKLIKLARI
Erime sıcaklık aralığı (°C)
Maksimum işlem sıcaklığı (°C)
PP
160-190
110
PA
220-270
170
PES- poli eter sülfon
-
180
PEI- polieterimid
-
170
PAI- poliamid imide
-
230
PPS- polfenilen sulfit
290-340
240
PEEK- polieter eter keton
350-390
250
Malzeme
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
AÇIK KALIPLAMA YÖNTEMLERİ
El Yatırma Yöntemi
Püskürtme Yöntemi
Elyaf Sarma Yöntemi
Vakum Torbası Yöntemi
Otoklav Yöntemi
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ:
KAPALI KALIPLAMA YÖNTEMLERİ
Reçine Transfer Yöntemi (RTM)
Pultruzyon Yöntemi
Ekstrüzyonla Kalıplama Yöntemi
Hazır Kalıplama Yöntemleri
BMC
SMC
Enjeksiyonla Kalıplama Yöntemi
Savurma Kalıplama Yöntemi
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMİ SEÇİM KRİTERLERİ
• Seçilecek üretim yöntemi; takviye malzemesine (elyaf), matris
malzemeye (reçine), parça şekline, istenen mekanik ve fiziksel
özelliklere bağlı olarak değişim gösterir.
• Bir parçayı üretmek için genel olarak; ham madde, kalıp, ısı ve
basınca ihtiyaç vardır.
• Kullanılan reçine ve takviye malzemesine ilave olarak, üretim
yöntemi de bir kompozit yapının son özelliklerini belirlemede önemli
rol oynar.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
AÇIK KALIPLAMA YÖNTEMLERİ
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 El Yatırma Yöntemi:
El yatırma, cam fiber takviyeli
plastiklerin üretiminde
kullanılan en eski ve en basit
tekniklerden biridir. Keçe,
örgü, kumaş formundaki
takviyeleri açık bir kalıba
yatırıp yüzeylerine reçine
empenye ederek uygulanır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Püskürtme Yöntemi:
Elyaf püskürtme metodunda
sürekli beslenen fitil kesici
bıçaklardan geçerek
kırpıldıktan sonra katalize
edilmiş, reçine ile beraber
jelkot uygulanmış kalıp
yüzeyine püskürtülür ve oda
sıcaklığında sertleşmeye
bırakılır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Elyaf Sarma Yöntemi:
Sürekli elyafın bir bağlayıcı
ortamından geçirildikten sonra,
dönel mandrelle, önceden
belirlenmiş sarım geometrisine
uygun sarılması yöntemine
elyaf sarma adı verilmektedir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
Vakum Torbası
Yöntemi:
Vakumlu torba kalıplaması
elle kalıplamanın gelişmiş
bir şeklidir.
Büyük karmaşık şekilli
parçaların bu teknikle
üretilmesi mümkündür.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Otoklav Yöntemi:
Otoklav, kesin basıncın, ısının ve emişin kontrol
edilebildiği basınçlı bir kaptır.
Vakum bagging yöntemi ile benzerdir. Fırın yerine bir
otoklav kullanılır. Böylece özel amaçlar için yüksek
kalitede kompozit üretebilmek için kür şartları tam olarak
kontrol edilebilir.
Bu yöntem diğerlerine oranla daha uzun sürede
uygulanır ve daha pahalıdır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 RTM (Reçine Transferli
Kalıplama )Yöntemi:
İki tarafı düzgün veya parlak
ürün elde etmek için uygun bir
biçimde hazırlanmış olan alt
kalıba (dişi kalıp) öngörülen
tüm takviye malzemelerinin
yerleştirilip üst kalıp (erkek
kalıp) kapatıldıktan sonra,
kapalı kalıbın içine uygun bir
makine/ekipman ile reçinenin
enjekte edilmesi işlemidir. .
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
RTM (Resin Transfer Molding)yönteminin
akım şeması
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Pultruzyon Yöntemi:
Pultruzyon işlemi sürekli sabit
kesitli kompozit profil ürünlerin
üretilebildiği düşük maliyetli seri
üretim yöntemidir.
Pull ve Extrusion kelimelerinden
türetilmiştir.
Sisteme beslenen sürekli takviye
malzemesi reçine banyosundan
geçirildikten sonra 120–150
ºC’ye ısıtılmış şekillendirme
kalıbından geçirilerek sertleşmesi
sağlanır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Ekstrüzyon Yöntemi:
Ekstrüzyon tekniği
termoplastiklerin
şekillendirilmesinde büyük
ölçüde kullanılmakla beraber
takviyeli termoplastiklerde
sınırlı oranda uygulanmaktadır.
Sürekli bir yöntem olup tonajı
yüksek olduğu zaman
ekonomiktir.
Tüp, boru veya karmaşık şekilli
profillerin üretimi mümkündür.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Basınçlı Kalıplama
(Compression
Molding,SMC,BMC)
Yöntemi:
Ürün boyutuna göre 3-6
dakikalık bir kalıplama süresi
sağlayan hızlı, seri bir
kalıplama metodudur.
Önceden hazırlanmış, pestil
veya hamur haldeki cam elyafı
– polyester– dolgu ve katkı
malzemeleri karışımının 150170 C sıcaklıkta, 50-120
kgf/cm2 basınç altında çelik
kalıplarda şekillendirilmesi
metodudur.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
Hazır Kalıplama Prosesinin Gösterimi
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
SMC/BMC YÖNTEMİ - HAZIR KALIPLAMA /
COMPRESSİON MOLDİNG (SMC,BMC)
•
•
•
•
•
Hazır kalıplama bünyesinde cam elyafı, reçine, katkı ve dolgu malzemeleri
içeren kalıplamaya hazır, hazır kalıplama bileşimleri olarak adlandırılan
kompozit malzemelerin (SMC,BMC) sıcak pres kalıplarla ürüne
dönüştürülmesidir.
Karmaşık şekillerin üretilebilmesi, metal parçaların bünye içine gömülebilmesi,
farklı cidar kalınlıkları gibi avantajları bulunmaktadır. Ayrıca ürünün iki yüzü de
kalıp ile şekillenmektedir.
Diğer kompozit malzeme üretim tekniklerinin olanak vermediği delik gibi
komplike şekiller elde edilebilmektedir. Iskarta oranı düşüktür.
Bu yöntemin dezavantajları kalıplama bileşimlerinin buzdolaplarında
saklanmaları gerekliliği, kalıpların metal olmasından dolayı diğer kalıplardan
daha maliyetli olması ve büyük parçaların üretimi için büyük ve pahalı preslere
ihtiyaç olmasıdır.
Hazır kalıplama yönteminde kullanılan bileşimler içeriklerine göre çeşitlilik
göstermekle beraber en çok iki tür hazır kalıplama bileşimi kullanılmaktadır;
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
1. SMC Kompozitler (Hazır kalıplama pestili / SMC
(sheet moulding composites)
• SMC takviye malzemesi olarak kırpılmış lif ile dolgu
malzemesi içeren bir reçinenin önceden birleştirilmesi ile
oluşan pestil biçiminde malzemedir.
• Sürekli lifler, 25-50 mm kırpılmış olarak ve kompozitin
toplam ağırlığının %25-30 oranında kullanılır.
• Genellikle 1m genişliğinde ve 3mm. kalınlığında üretilir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
SMC Kompozitlerin Özellikleri
• SMC (sheet moulding compound)'nin temel girdileri BMC
ile aynıdır. Tablo da , SMC ve BMC’nin ağırlık oranları
yaklaşık olarak verilmiştir.
• SMC, BMC'den farklı olarak pestil şeklinde
hazırlanmaktadır. SMC daha çok otomotiv sektöründe
tercih edilir.
• SMC'nin mekanik özellikleri 'de görülebilir. Tablodan da
görüleceği üzere bu SMC tipi plastik işleme
karışımlarının diğerlerine oranla üstün nitelikleri vardır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
•BMC ve SMC üretiminde kullanılan girdilerin yaklaşık değerleri.
BMC
Formülasyonu
Ağırlıkça
SMC
Formülasyonu
Ağırlıkça
100
100
Cam elyafı
takviyesi
45-70
50-100
Pigment
10-15
5-8
Dolgu maddesi
45-70
140-180
-
-
Girdiler
Polyester reçine
Muhtelif kimyasallar
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
SMC Ürün Çeşitleri
a) Stadyum koltuğu
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
b) Oto kaporta, ön panel ve karter
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
c) Her türlü konteynır ve araç bagaj taşıyıcıları.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
d) Elektrik dağıtım dolapları,
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
e) Her türlü taban,tavan kaplamaları
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
2. HAZIR KALIPLAMA HAMURU / BMC (BULK
MOULDİNG COMPOSİTES)
•
•
•
BMC takviye malzemesi olarak kırpılmış lif ve dolgu malzemesi içeren bir reçinenin
önceden birleştirilmesi ile oluşan hamur biçiminde malzemedir.Hazır kalıplama
bileşimlerinin avantajları;
Çok geniş tasarım esnekliği
Düzgün yüzey
Kolayca laklanabilme, boyanabilme ve kalıp içinde yüzeyin kaplanabilmesi
Geri dönüştürülebilme ve hazırlığında geri dönüşümü malzeme kullanabilme
Metal gömme parçaların yerleştirilmesi ile montaj kolaylığı
Yüksek alev dayanımı
Sıcaklık dayanımı
Soğukta kırılgan olmama
Bu yöntem RTM’ye benzer bir yöntemdir. Farklılığı reçine/elyaf karışımın kalıp
dışarısında karışmış ve eritilerek basınç altında boş kalıp içine enjekte ediliyor
olmasındadır. Sadece düşük viskoziteye sahip termoset reçineler bu yöntemde
kullanılabilir. Diğer yöntemlere göre daha hızlıdır.
Çocuk oyuncaklarından uçak parçalarına kadar bir çok ürün bu yöntemle
üretilebilmektedir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON
MOLDİNG (SMC,BMC)
Kalıplama Prosesinin Gösterimi
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
•
•
•
•
BMC Kompozitlerin Özellikleri:
BMC ( Bulk Moulding Compound ) termoset reçine, cam
elyaf, dolgu ve katkı maddeleri kullanılarak
hazırlanan kompozit malzemedir.
Bu üç ana girdinin dışında termoplastik katkılar,
katalizörler, inhibitörler, pigmentler gibi pek çok madde
malzemenin özelliklerini iyileştirmek, kalıplama işlemini
kolaylaştırmak ve renk vermek gibi amaçlarla kullanılır.
BMC üretiminde kullanılan temel girdiler
Tabloda verilmiştir.
BMC genellikle elektrik sektöründe tercih edilir.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
Tablo BMC ve SMC üretiminde kullanılan girdilerin yaklaşık değerleri
BMC
Formülasyonu
Ağırlıkça
SMC
Formülasyonu
Ağırlıkça
100
100
Cam elyafı
takviyesi
45-70
50-100
Pigment
10-15
5-8
Dolgu maddesi
45-70
140-180
-
-
Girdiler
Polyester reçine
Muhtelif kimyasallar
•Tablodan da görüleceği üzere BMC'nin ve SMC'nin diğer
karışımlara göre üstünlüğü vardır ( hafiflik ve yüksek mekanik
dayanımı bir arada sağlama, ısı dayanımı, iyi elektrik yalıtım
özelliği, yüksek alev dayanımı gibi...)
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
BMC Ürün Çeşitleri
a) Beton Numune Test Kalıbı ( 150×150×150 mm)
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
b) Her türlü kutu, kap,mikro dalga tabakları, her türlü endüstriyel uygulamalar
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
c) Her türlü elektrik kutuları, armatürler
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
d) Her türlü elektrik parçaları, izalatörler, şalter parçaları
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
e) Muhtelif elektrik parçaları
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
g) NH altlıkları ve bara tutucuları
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
HAZIR KALIPLAMA / COMPRESSİON MOLDİNG
(SMC,BMC)
h) Çamaşır makinası kazanı
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Enjeksiyon Yöntemi:
Fiber takviyeli termoplastiklerin,
imalatında tercih edilen bir
yöntemdir.
Her bir kalıplama periyodunda
birkaç gramdan on kilograma
kadar değişen aralıklarda
parçaları kalıplayabilecek
kapasitede enjeksiyon
makinalarının kullanılması
mümkündür.
Enjeksiyon makinalarına beslenen
kalıplama bileşikleri, boyları 3-6 m
arasında değişen granüller halinde
ön karışımlardır.
Enjeksiyonla kalıplama tekniğinde
genellikle palet şeklindeki ön
karışımlar kullanılır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
ÜRETİM YÖNTEMLERİ
 Santrifüj Yöntemi (Savurma
Yöntemi):
Silindirik parçaların üretimi için
uygun bir yöntemdir.
Kırpılmış elyaf ve sertleştirici
katılmış reçine, silindirik bir
kabın içine doldurulur ve
döndürülen kabın cidarlarına
merkezkaç kuvvetler
yardımıyla dağılan kompozit
malzeme sıcak hava ile
sertleştirilir.
Boru, depo ve silindirik
ürünlerin yapımında kullanılır.
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİTLER
KULLANIM ALANLARI
Otomotiv Sektörü
Havacılık Sektörü
Denizcilik Sektörü
Diğer
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİTLER
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
• KAYNAKLAR
• Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER ders
notları
• Doç.Dr.Cesim ATAŞ Kompozit
Malzemeler ders notlarından alıntılar
04.04.2014
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER
Download

PLASTİK MATRİSLİ KOMPOZİTLER