Delaminasyon

Delaminasyonlar, bitişik tabakalar arasında yapışmanın azalmasıyla meydana gelen ve tabakanın mukavemetini önemli derecede düşüren hasarlardır. Deneysel çalışmalar, delaminasyonun sadece farklı elyaf açılarındaki tabakalar arasında meydana geldiğini rapor etmektedir. Eğer iki bitişik tabaka aynı elyaf yönlendirme açısına sahip ise, bu iki tabaka ara yüzeyinde delaminasyon kısmi olarak meydana gelmektedir. Tabakalı kompozit malzemede katmanlar arasındaki farklı elyaf yönlenmelerinden dolayı bu katmanların eğilme rijitlikleri farklılık gösterir. Delaminasyonun en önemli sebebi; tabakalar arasındaki bu eğilme rijitlik farklılığı ve eğilme kaynaklı kayma gerilmeleridir. Bu konudaki deneyler ve analizler, eğilmenin enine doğrultuda dış bükey olduğu ve elyaf doğrultusu boyunca tabakanın iç bükey eğilmeye eğilimli olduğunu göstermektedir. Tabakalar arası eğilme rijitliğindeki uyuşmazlık ne kadar büyük olursa ki 0/90 en kötü elyaf doğrultusudur, delaminasyon alanı da o kadar büyük olur. Bunun yanı sıra delaminasyonu; malzeme özellikleri, sıralanma düzeni ve tabaka kalınlığı gibi diğer bazı faktörler de etkilemektedir (Abrate 1998).

Numune üst yüzeyinden darbeye maruz bir tabaka için, farklı elyaf yönlendirme açılarındaki tabaka ara yüzeylerinde ve alt tabaka ara yüzeylerinde elyaf açılarına göre meydana gelen delaminasyonlu alanlar dikdörtgen veya yerfıstığı şeklindedir. Buna ait şematik resim Şekil 4.6’da görülmektedir.

Şekil 4.6 Delaminasyon alanlarının elyaf yönlendirme açılarına göre şekilleri (Abrate 1998)

Delaminasyon başlangıcına neden olan başlangıç kinetik enerjisinin sınır değerini tespit etmek çok zor olduğundan birkaç testin yapılmasına ihtiyaç vardır. Şunu da belirtmek gerekir ki, meydana gelebilecek delaminasyon şekilleri oldukça düzensizdir ve bunların yönlenmelerini tespit etmek oldukça zordur. Matris çatlaması delaminasyonun başlaması açısından gerekli bir faktördür. Matris çatlaması ve delaminasyon arasında sıkı sıkıya bir ilişki mevcuttur. Delaminasyonlar, tabakalar arası ara yüzey bölgesinde meydana gelirler. Enine darbeye maruz 0/90/0 tabakaları için delaminasyon ve matris çatlaması etkileşmesi göz önüne alındığında; üst katmanlardaki eğimlenmiş çatlaklar ara yüzeye ulaştığı zaman durdurulur ve katmanlar arasında delaminasyon olarak ilerler. Oluşan çatlakların ara yüzeye ulaşınca durdurulması; elyaf yönlenmelerindeki değişimden dolayıdır. Bu delaminasyon, ortadaki enine çatlama tarafından zorlanır düşey eğilme çatlağı büyümesi, zorlanmayan en alt ara yüzey delaminasyonunu başlatır. Delaminasyona önderlik eden matris çatlamaları, kritik matris çatlamalarıdır. Delaminasyon, matris çatlamalarından dolayı meydana gelen yüksek mertebedeki düzlem dışı gerilmeler ve ara yüzey boyunca tabakalar arasındaki kayma gerilmelerinden dolayı Mod I ayrılma olarak başlamaktadır.

Delaminasyonun boyutu, genellikle C-scan ultrasonik tarama cihazından ölçülen, hasarlı alan olarak belirlenir. Genel olarak, kompozit içinde hasar, birkaç ara

yüzeyde ortaya çıkmaktadır ve C-scan cihazları bu hasarlı alanların tek bir düzleme yansımasını sağlamaktadırlar. Tek bir düzleme yansıyan bu alan kompozitin tabaka sayısından etkilenmektedir. Bundan dolayı da her bir tabaka için alanın deneysel sonuçları, başlangıç kinetik enerjisine karşı farklı çizgiler üzerine düşmektedir (Abrate 1998).

Çeşitli kalınlıklarda ve aynı tabaka dizilim açısına sahip karbon-elyaf takviyeli kompozitlere yapılan darbe neticesinde meydana gelen delaminasyon alanının değişimi, vurucunun sahip olduğu kinetik enerji ile doğru orantılıdır (Cantwell 1988). Meydana gelen bu delaminasyon alanının, kinetik enerjinin bir fonksiyonu olduğu ve hedef kalınlığının artmasıyla da nonlineer olarak değiştiği bulunmuştur.

Çapraz takviyeli tabakalı cam-epoksi kompozitler üzerine yapılan sistemli bir çalışma ise, sıralı bir delaminasyon işleminin meydana geldiğini ve bunun da absorbe edilen enerjinin dağılmasında önemli bir rol üstlendiğini göstermiştir. Bu işlem Malvern ve diğ. (1987) tarafından detaylı bir şekilde anlatılmıştır ve bu işlem, meydana gelen bir şerit tarafından başlatılan sıralı bir delaminasyon mekanizmasını temel almaktadır. Düşük bir darbe hızıyla vurucunun çapraz takviyeli tabakalı bir kompozit plakaya darbesiyle, ilk tabakada, tabaka kalınlığı boyunca vurucunun ucunun çapına denk bir şekilde iki tane şerit meydana gelir. Meydana gelen bu ilk şerit Şekil 4.7’de AA ve BB harfleriyle gösterilmiştir.

Şekil 4.7 Sıralı delaminasyon şeritlerinin şematik gösterimi (Malvern ve diğ. 1987)

Bu şerit, altındaki ikinci tabakaya vurucunun numuneye saplanması veya numuneden geri sekmesi meydana gelene kadar bir baskı uygular. Bu işlem ardı ardına gelen tabakalar için de tekrarlanır veya delaminasyon çatlağının yayılması için gerekli olan enerjinin tükenmesine kadar tekrarlanır. Ara yüzeylerde meydana gelen çatlakların zamanlaması, ardı ardına gelen tabakalarda meydana gelen çatlak ile aynı zamanda

oluşur. Bunun yanı sıra çapraz takviyeli tabakalı kompozitler için yapılan bu çalışmada, meydana gelen şeridin uzunluğu ve delaminasyonun büyüklüğü eşit bulunmuştur. Bu durum Şekil 4.7’de A1 alanı ile gösterilmiştir. Ayrıca sıralı delaminasyonda bu örneği takip etmektedir (Sierakowski ve Chaturvedi 1997).

Yapılan bu çalışmalara göre bazı önemli noktalar şöyle vurgulanabilir;

 Çekme ve basma kalan mukavemetleri hasar büyüklüğünün artışı ile azalır ve bununla nonlineer olarak ilişkilidir.

 Delaminasyon hasarı büyüklüğü darbe enerjisinin artmasıyla artar ve vurucu hızının bir sınır değeri olan, numunenin delinmesine ulaşılana kadar artar. İki tip sınır değeri gözlemlenmektedir; bir tanesi darbe enerjisine göre bir tanesi de darbe hızına göredir. Bunlar görülebilir hasar için düşük bir sınır değer ve maksimum hasar bölgesi boyutu için bir üst sınır değeri temsil ederler.

 Hasarın belirlenmesindeki gerçek ilişki, malzeme sayısına ve geometrik parametrelere bağlı olabilir. Bunlar da, elyaf, matris ve elyaf-matris arasındaki mukavemet, çatlak hassasiyeti, kırılma tokluğu, tabaka dizilim sırası, tabakalar arası mukavemet, sınır şartları, malzemeye özgü sönümleme ve diğer faktörler olarak sıralanabilir.