Çekme dayanımı

Bir malzemenin mekanik dayanımı yönünden, hangi yönde ve hangi yük sınırında plastik hale geçeceği veya hangi gerilme değerinde kırılacağını tespit etmek, malzemenin mekanik özelliğinin belirlenmesi ve yapıda kullanım yerine karar verilmesi açısından önemli bir unsurdur. Yapı için tehlikeli sayılabilecek bu sınırların deneylerle saptanması gerekmektedir. Çekme deneyi, malzemelerin ekseni doğrultusunda çekmeye zorlandığı zaman göstermiş olduğu davranışları belirlemek için yapılmaktadır. Bir malzeme ekseni doğrultusunda çekmeye zorlandığında, boyu uzayıp‚ kesiti daralmaktadır. Kuvvet uygulanmaya devam edilip plastik deformasyon bölgesine geçildiğinde, malzemedeki bazı değişikliklerden sonra kopma meydana gelmektedir.

TS EN ISO 527-2 ve DIN EN ISO 527-5 Type 1-b standartlarına uygun olarak üretilen 7 farklı kompozit numunenin çekme deneyleri, çok amaçlı test cihazında, 5 mm/dk çekme hızı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar yazılımı aracılığıyla deneysel veri toplama yöntemi ile elde edilen değerler kullanılarak, maksimum çekme, kopma ve akma dayanımları, maksimum çekme dayanımındaki uzama ve kopma uzaması, kopma enerjisi ve elastisite (young) modülü belirlenmiştir (Bkz. Ek 2).

Çizelge 4.7 ve Şekil 4.8’den izlenebileceği gibi, farklı baca tozu katkı oranlarındaki numunelerin maksimum çekme dayanımlarının birbirine çok yakın olduğu gözlenmiştir.

Numune tipleri içerisinde en yüksek çekme dayanımının (12,98 MPa) %15 baca tozu katkılı numunede gözlenmiştir. Genel olarak incelendiğinde, atık LDPE’ye eklenen katkının %22,5 oranına kadar artış gösterdiği, %33,75 ve %50,63 baca tozu oranlarının ise numunenin çekme dayanımını düşürdüğü tespit edilmiştir. Çekme dayanımınının yüksek katkı oranına bağlı olarak azalması beklenen bir durum olup, katkı elemanının partikül şeklinde olması nedeniyle mukavemet artışı sağlamadığı ve birim kesitteki matris yüzdesinin azalması sonucu gerilme değerinin düştüğü düşünülmektedir. Bu durum ayrıca baca tozu oranının artmasına bağlı olarak, numunenin elastikiyet özelliğinin azaldığı anlamına gelmektedir.

Baca tozu oranı-çekme dayanımı arasındaki ilişki parabolik olarak değişmektedir. Şekil 4.8’den görülebileceği gibi, baca tozu oranı-çekme dayanımı değişimine ait denklemde, R² 0,80 dayanımı verilerinin artıp azalmasına bağlı olarak çizilen polinom eğilim çizgisinin uyumu kabul edilebilir hassaslıktadır.

Çizelge 4.7. Çekme deneyi sonuçları

Komp.

Şekil 4.8. Baca tozu katkı oranı-çekme/kopma dayanımı değişimi

Kopma dayanımı, kopma anında uygulanan yükün orijinal alana bölünmesi ile bulunan gerilmedir. Çizelge 4.8 ve Şekil 4.8’den izlenebileceği gibi, kompozit numunelerin %0,

%10, %15, %22,5, %33,75 ve %50,625 katkı oranlarına bağlı olarak kopma dayanımı değerleri sırasıyla 10,47; 10,54; 9,83; 10,69; 10,27; 9,98 MPa olarak belirlenmiştir. En düşük kopma dayanımı (9,83 MPa) %15 baca tozu katkılı numunede gözlenmiştir.

Bir malzemeye gerilme uygulandığında şekli de değişmektedir. Gerilme ortadan kalktığında malzeme eski durumuna geliyor ise elastik şekil değiştirme, gelmiyor ise plastik şekil

0 10 15 22,5 33,75 50,625

Maks. Çekme Dayanımı 12,26 12,57 12,98 12,59 11,83 11,72

Kopma Dayanımı 10,47 10,544 9,83 10,69 10,27 9,98

R² = 0,8089

değiştirme meydana gelmektedir (Boresi ve diğerleri, 2010). Şekil değişimlerinin bilinmesi özellikle "taşıma gücü" kavramına göre yapılan kesin hesaplar için önem taşımaktadır.

Malzemelerdeki şekil değiştirme, sadece dış kuvvetlerin etkisi ile değil, bazı ısıl değişimler (termik genleşme-büzülme) gibi fiziksel ve çevresel etkilerle meydan gelen kimyasal reaksiyonlarla da (korozyon gibi) gerçekleşebilmektedir.

Elastisite modülü (young modülü), malzemenin kuvvet altında elastik şekil değiştirmesinin ölçüsü şeklinde tanımlanmaktadır. Birim kesit alanına sahip bir malzemede birim boyu bir kat arttırmak için uygulanması gerekli kuvveti göstermektedir (Daniel ve diğerleri, 1994;

Hartsuijker ve Welleman, 2001). Yapı ürünleri açısından, malzemenin şekil değişimlerine elastik karşı koymasını gösterdiğinden, elastisite modülünün önemi çok büyüktür. Çeliğin elastisite modülü 2,1 x 105 MPa, alüminyumun ise 0,7 x 105 MPa’dır. Bu durum, çeliğin alüminyumdan 3 katı rijit olduğunu veya aynı yükü taşıyan aynı boyutlardaki bir çelik çubuğun, bir alüminyum çubuğun üçte biri kadar uzayacağını göstermektedir. Kil, bakır, kurşun gibi kolay şekillendirilen, plastik şekil değişimi yapabilen malzemelerde, çok düşük bir elastiklik limiti sonunda malzemede akma gözlenmektedir.

Şekil 4.9’da görüldüğü üzere, kompozit numunelerin %0, %10, %15, %22,5, %33,75 ve

%50,625 katkı oranlarına bağlı olarak elastisite modülü değerleri sırasıyla 168,32; 232,96;

243; 279,16; 362,38; 626,29 olarak belirlenmiştir. Numunelerdeki baca tozu oranı arttıkça birim kesitteki elastikiyet özellik gösteren matris yüzdesinin azalması sonucu elastisite modülü artış göstermektedir. Verilerinin artıp azalmasına bağlı olarak çizilen polinom eğilim çizgisinin verilere uyumu R² 0,93 olup, oldukça yüksektir.

Şekil 4.9. Baca tozu katkı oranı-elastisite modülü değişimi

0 10 15 22,5 33,75 50,625

Elastisite modülü 168,32 232,96 243 279,16 362,38 626,29 R² = 0,9346

Tavman 1997 yılında, yüksek yoğunluklu polietilen içerisine bakır tozu ilave ederek elde edilen kompozitin mekanik özelliklerini incelemiştir. %18 oranına kadar bakır tozu katılarak yapılan çalışmada, bakır tozu oranı arttıkça numunelerin çekme dayanımı, tokluğu ve uzama katsayısı azalmıştır. Buna karşın elastitisite modülü ise artan bakır tozu oranına bağlı olarak artmıştır.

Şekil 4.10’da görülebileceği üzere, maksimum çekme dayanımındaki (%200) ve kopma anındaki (%209) uzamanın en yüksek olduğu oran, saf LDPE’de gözlenmektedir. En düşük çekme dayanımındaki uzama (%27) %50,63 baca tozu katkılı numunede tespit edilmiştir.

Aynı şekilde kopma anındaki en düşük uzama oranı (%29) ise yine bu numunededir. Yüzde uzama değerleri, baca tozu takviyesi arttıkça, birim kesitteki elastisite özellik gösteren matris yüzdesinin azalması sonucu, doğrusal olarak azalmaktadır. Kopma ve çekme dayanımındaki yüzde uzama-baca tozu takviye oranı arasındaki korelasyonun doğrusal olarak değiştiği, R² 0,93 ile yüksek bir korelasyon gözlenmektedir.

Şekil 4.10. Baca tozu katkı oranı-maksimum çekme dayanım noktasındaki ve kopma anındaki uzama değişimi

Malzemenin kalıcı şekil değişimi yapmaya başladığı gerilme değerine akma dayanımı, belirli bir kalıcı şekil değiştirmenin meydana geldiği durum ise akma olarak adlandırılmaktadır. Akma dayanımı bazı malzemelerde örneğin yumuşak çelikte çok belirgindir (Şimşek, 2013).

0 10 15 22,5 33,75 50,625

Maks. Çekme Dayanımındaki

Uzama 200,05 129,73 105,44 91,13 70,69 27,26

Kopma Anındaki Uzama 209,39 138,554 112,56 96,612 75,29 29,95

R² = 0,933 Maks. Çekme Dayanımındaki Uzama Kopma Anındaki Uzama

Doğrusal (Maks. Çekme Dayanımındaki Uzama) Doğrusal (Kopma Anındaki Uzama)

Şekil 4.11’de görülebileceği üzere, kompozit numunelerin %0, %10, %15, %22,5, %33,75 ve %50,625 katkı oranlarına bağlı olarak akma dayanımları sırasıyla 2,98; 3,35; 3,46; 3,72 ve 4,57 MPa olduğu belirlenmiştir. En yüksek akma dayanımı (4,57 MPa), %50,63 baca tozu katkılı numunede, en düşük akma dayanımı (2,98 MPa) ise atık LDPE’de (katkısız) gözlenmiştir. Akma dayanımı, toz takviyesi arttıkça doğrusal olarak artmıştır. Akma dayanım-baca tozu katkı oranı arasındaki korelasyon doğrusal olarak değişmekte ve R² 0,84 gibi olup kabul edilebilir hassaslıktadır.

Şekil 4.11. Baca tozu katkı oranı-akma dayanımı değişimi

Süneklik (düktilite), bir malzemenin çekilerek uzatıldığı zaman büyük gerilmeler altında kopmaksızın kalabilme kabiliyetidir. Malzemenin kırılmadan uzayabilmesini göstermesi açısından, süneklik özelliği yapıda kullanım önem taşımaktadır (Seçkin, 2013). Şekil 4.13’te görülebileceği üzere, çekme deneyinden elde edilen veriler kapsamında, baca tozu oranı arttıkça, gevrek ve sünek kırılmaya bağlı olarak, kopma enerjisi azalmaktadır. Bu durum baca tozu katkı oranının artmasının yüksek katkılı kompozit numune davranışının süneklikten gevrekliğe geçtiğini göstermektedir (Şekil 4.12). Kopma enerjisinin baca tozu katkı oranı karşısındaki değişimi doğrusal olup, R² ‘nin 0,94 korelasyon katsayısına göre yüksek hassaslıktadır.

0 10 15 22,5 33,75 50,625

Akma Dayanımı 2,98 3,35 3,46 3,57 3,72 4,57

R² = 0,8446

2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Akma Dayanımı (Mpa)

Baca Tozu Katkı Oranı (%) Akma Dayanımı Doğrusal (Akma Dayanımı)

Şekil 4.12. Sırasıyla %0 ve %50 baca tozu katkılı numunede çekme davranışları

Fakat her zaman bir malzemenin dayanımının yüksek olması veya çok sünek olması, o malzemenin enerji yutabilme kapasitesinin fazla olduğunu göstermemektedir. Örneğin, soğuk işlenmiş çeliğin yüksek dayanımlı, kurşunun çok sünek olmasına karşın bu iki mazeme de fazla enerji yutabilme yeteneğine sahip değildir.

Şekil 4.13. Baca tozu katkı oranı-kopma enerjisi değişimi