Klimatik Ortamda Yaşlandırılmış Numunelerin Dinamik Termal Özelliklerinin

Klimatik ortamda yaşlandırılan numunelerin dinamik termal özelliklerindeki değişimler dinamik mekanik termal analiz (DMTA) yöntemiyle incelenmiştir. Cihazdan alınan veriler yardımıyla sürekli fiber takviyeli polimer matrisli kompozit malzemenin depolama modülü, kayıp modülü, tanδ grafikleri bilgisayar ortamında çizdirilip sonuçlar irdelenmiştir. Şekil 4.22’de normal numunenin dinamik mekanik termal analiz sonucu elde edilen depolama modülü, kayıp modül, tanδ verilerinin grafikleri gösterilmektedir.

Şekil 4.22. Normal numunenin DMTA sonuçlarının grafiksel olarak gösterimi

Yeşil renkli eğri depolama modülünü ifade etmektedir. Depolama modülü şekilden de görüldüğü üzere 45000 MPa civarında başlayıp 175 ºC civarına kadar sabit

92

ilerlemiştir. Bu sıcaklık değerinden sonra malzeme yumuşamaya başlamıştır ve eğri hafifçe yükselerek 62500 MPa civarında tepe yapmıştır. Bu tepe noktası kimi araştırmacılar için camsı geçiş sıcaklığıdır. Bu sıcaklık değeri malzememizin en yüksek kullanım değeridir. Bu sıcaklıktan sonra eğri ani bir düşüşe geçmiştir.

“Kayıp modül” değerleri deformasyonlar esnasında geri dönüşü olmayan ısıl ve mekanik kayıpları temsil etmektedir. Kayıp modül eğrisi mavi renkle gösterilmiştir. Kayıp modül eğrisi yaklaşık 1500 MPa değerinde başlamış çok küçük bir eğimle 165ºC civarına kadar yükselmiştir ve 2000 MPa değerine ulaşmıştır. Bu sıcaklık değerinden sonra eğri ani bir yükseliş yaparak 25000 MPa’a yakın bir değere çıkmıştır. Ulaşılan en yüksek kayıp modül değerine karşılık gelen sıcaklık da kimi araştırmacılar için camsı geçiş sıcaklığı olarak kabul edilmiştir. Bu sıcaklık değerine kadar malzeme kararlı davranmıştır ancak bu sıcaklık değerinden sonra malzeme hızla yumuşamaya başlamıştır ve kayıp modül eğrisi de hızla düşüşe geçmiştir.

Tanδ eğrisi yaklaşık 0.05 değerinden başlamıştır ve sabit bir şekilde yine 160ºC civarına kadar sabit ilerlemiştir. Bu sıcaklık değerinden sonra eğri ani bir yükseliş göstermiştir. Bu artış yaklaşık 1 değerine kadar artış göstermiştir ve bu değerde tepe noktası oluşmuştur. Bu tepe noktasına karşılık gelen sıcaklık ASTM 4045 standardına göre camsı geçiş sıcaklığını ifade etmektedir. Bu sıcaklık değerine kadar malzeme kararlı olup bu değerden sonra eğri hızla düşüşe geçip malzeme de yumuşamaya başlamıştır. Bu tepe sıcaklığın ilerlemesiyle aşılmıştır ve tanδ hızla düşüşe geçmiştir.

Şekil 4.23’de klimatik ortamda yaşlandırılmış numunelerin dinamik mekanik termal analiz sonuçlarının grafiklerini göstermektedir. Depolama modülü şekilden de görüldüğü üzere 50000 MPa civarında başlayıp yine 175 ºC civarına kadar sabit ilerlemiştir. Bu sıcaklık değerinden sonra malzeme yumuşamaya başlamıştır ve eğri hafifçe yükselerek 70000 MPa civarında tepe yapmıştır. Bu sıcaklıktan sonra eğri ani bir düşüşe geçmiştir. Kayıp modül eğrisi yaklaşık 1500 MPa değerinde başlamış çok küçük bir eğimle 160ºC civarına kadar yükselmiştir ve 2000 MPa değerine ulaşmıştır. Bu sıcaklık değerinden sonra eğri ani bir yükseliş yaparak 30000 MPa’a yakın bir kayıp modüle çıkmıştır. Ulaşılan en yüksek kayıp modül değerine karşılık

93

gelen sıcaklık da kimi araştırmacılar için camsı geçiş sıcaklığı olarak kabul edilmiştir. Bu sıcaklık değerine kadar malzeme kararlı davranmıştır ancak bu sıcaklık değerinden sonra malzeme hızla yumuşamaya başlamıştır ve kayıp modül eğrisi de hızla düşüşe geçmiştir. Tanδ eğrisi kırmızı renkle ifade edilmiştir.

Şekil 4.23. Klimatik ortamda yaşlandırılmış numunenin DMTA sonuçlarının grafiksel olarak gösterimi

Tanδ eğrisi yaklaşık 0.05 değerinden başlamıştır ve sabit bir şekilde yine 170ºC civarına kadar sabit ilerlemiştir. Bu sıcaklık değerinden sonra eğri ani bir yükseliş göstermiştir. Bu artış yaklaşık 0.65 civarında ufak bir tepe oluşturmuştur. Bu tepe noktasının oluşmasının nedeni olarak soğuk kristalleşme ya da ısıl kalıntı gerilmeler gösterilebilir. Bu tepe sıcaklığın ilerlemesiyle tekrar aşılmıştır yani tan δ tekrar artmaya devam etmiştir. Artış yine bir tepe noktasında yaklaşık 0.8 değerinde sona ermiştir. Bu değerden sonra sıcaklık artmış ve tanδ hızla düşüşe geçmiştir.

Şekil 4.24’de klimatik ortamda yaşlandırılmış numuneler ile normal numunelerin dinamik mekanik termal analiz deneyi sonuçlarından depolama modülü eğrileri karşılaştırılarak gösterilmiştir. Dinamik mekanik termal analiz deneyleri sonucunda elde edilen verilerden depolama modülü değerleri kullanılarak hem normal

94

numuneler için hem de klimatik ortamda yaşlandırılmış numuneler için bilgisayar ortamında grafikleri çizdirilmiştir (Şekil 4.24). Grafikler üzerinde ayrıca camsı geçiş sıcaklıkları da gösterilmiştir.

-a-

Şekil 4.24. Klimatik ortamda yaşlandırılmış numuneler ile normal numunelerin dinamik mekanik termal analiz deneyi sonuçlarından depolama modülü eğrilerinin karşılaştırılması

Camsı geçiş sıcaklığının bulunuşunun kesin bir çözümü olmadığı için her üç eğri çeşidi için (depolama modülü, kayıp modül, tanδ) ayrı ayrı gösterilmiştir. Yeşil renkli eğri normal numuneler için depolama modülünü belirtmektedir. Mavi renkli eğri de klimatik numunelere aittir. Şekilden de görüldüğü üzere eğriler birbirlerine çok yakındır. Klimatik numunelerin eğrisi normal numunelerinkine göre çok az sola kaymıştır. Klimatik yaşlandırma neticesi yapıda su absorbsiyonu ile yayılan gerilme etkisi ile modül değerleri az da olsa normal numuneye kıyasla yüksektir. Aynı şekilde camsı geçiş sıcaklığı da 196ºC’den 189ºC civarına düşmüştür. Camsı geçiş sıcaklığı malzemeler için çok kritik bir değerdir. Bu değerden sonraki sıcaklıklarda malzemenin kullanılamayacağı anlaşılır. Grafikte görülen küçük düşüş malzememiz

95

için çok kritik bir değer değildir. Ama yine de ihmal edilmemelidir. Buradaki düşüşün az oluşunun nedeni klimatik yaşlandırma süresinin az oluşundan kaynaklanmaktadır. Yani malzemelerin nemin ve sıcaklığın etkisiyle plastikleşme ve yumuşama safhasına gelmeden henüz önceki safhada olduğu anlaşılmaktadır.

-b-

Şekil 4.25. Klimatik ortamda yaşlandırılmış numuneler ile normal numunelerin dinamik mekanik termal analiz deneyi sonuçlarından kayıp modül eğrilerinin karşılaştırılması

Dinamik mekanik termal analiz deneyleri sonucunda çizdirilen grafiklerden bir diğeri de kayıp modül eğrileridir. Hem klimatik ortamda yaşlandırılmış hem de normal numuneler için ayrı ayrı eğriler çizdirilip aynı eksende karşılaştırılmıştır (Şekil 4.25). Depolama modülü eğrilerinin karşılaştırılmasındaki gibi bu eğrilerde de birbirlerine benzerlik vardır. Klimatik numunelerin eğrisi normal numunelerinkine göre biraz sola kaymıştır. Aynı şekilde camsı geçiş sıcaklığı da yaklaşık 200ºC’den 193ºC’ye düşmüştür. Bu sıcaklık değeri düşüşü malzemeyi ciddi şekilde etkileyecek kadar büyük değildir ancak ihmal de edilmemelidir. Bu ufak düşüşün nedeni yukarıda da açıklandığı gibi az da olsa klimatik yaşlandırmadır. Klimatik numunelerde kayıp

96

modül değeri yaklaşık 115 ºC’den sonraki sıcaklıklarda diğerine göre biraz daha yüksek olmuştur.

-c-

Şekil 4.26. Klimatik ortamda yaşlandırılmış numuneler ile normal numunelerin dinamik mekanik termal analiz deneyi sonuçlarından tanδ eğrilerinin karşılaştırılması

Dinamik mekanik termal analiz deneyleri sonucunda çizdirilen grafiklerden bir diğeri de tanδ eğrileridir. Yine hem normal numuneler hem de klimatik ortamda yaşlandırılmış numuneler için ayrı ayrı eğrileri çizdirilmiştir (Şekil 4.26). Diğer verilerin grafiklerine göre bu grafik de biraz farklılık gözlenmektedir. Normal numunelerin tanδ değeri yaklaşık 1 civarına yükselirken klimatik numunelerin tanδ değeri önce 0.65 civarına yükselmiştir. Burada bir ufak tepe oluşumu gözlenmektedir (197.66 ºC). Sıcaklığın artmasıyla 210 ºC civarında tanδ değeri tekrardan yükselişe geçerek 0.8 değerinde bir tepe oluşturmuştur. Camsı geçiş sıcaklığı ise normal numunede 212.44ºC klimatik numunede 210.69ºC civarındadır. Görülüyor ki yaklaşık 2ºC gibi bir fark ortaya çıkmıştır. Klimatik numunelerde plastikleşme etkisi olmamıştır. Tanδ değerleri normal numunelerinkinden daha düşük çıkmıştır. Sıvının yapıya girmesi ile mekanik bir gerilme olmuş ve bu da tanδ değerleri aşağı gelmiştir.

97

4.6. Termal Şok İle Yaşlandırılmış Numunelerin Darbe Davranışlarının,