Potansiyel

Direkt çatışma ve terörist saldırılar nedeniyle oluşan küresel politik durumda; insanlar, araçlar ve yapılar için koruma ve zırh konusu oldukça önemli bir hal almıştır. Askeri araçlarda kompozite rağbet oldukça büyüktür ve artmaktadır. Ayrıca askeri olmayan kullanımlardaki potansiyel de oldukça yüksektir.

Endüstride, belirli tehlike seviyelerine karşı kompozit zırh dizayn etmek amacıyla daha sağlam gereçlerle ve maliyeti düşürmek için daha iyi üretim sistemleri ile çalışılmalıdır [14].

5. DENEYSEL ÇALIŞMA

5.1. Kullanılan Malzemeler

5.1.1. Poliüretan

Poliüretan ilk olarak 1937 yılında poliisosiyanatın polyester ve polieter reçine ile reaksiyonu sonucunda elde edilmiştir. Poliüretan şekil bakımından, ayrıca fiziksel ve mekanik özellikler bakımından çok değişik özelliklerle elde edilebilen bir reçinedir. Bu reçineler termoset ya da termoplastik, rijit ya da esnek olabilir, yoğunluğu ise geniş bir aralıkta değişir. Poliüretan köpükler termoset malzemelerdir. Polyester ya da polieter bileşimlerinden elde edilen bu reçineler aynı yoğunluklarda yumuşak ve esnek ya da sert ve rijit olarak elde edilebilirler. Polieter esaslı köpük, daha yüksek hidroliz mukavemetine sahiptir ve daha kolay işlenebilen, daha ucuz olan bir malzemedir. Polyester esaslı köpük ise daha yüksek mekanik özelliklere, yağlara karşı daha yüksek mukavemete ve daha düzgün hücre yapısına sahiptir. Poliüretan köpükler reçine miktarına göre esnek, rijit ve tam kabuklu köpükler olarak sınıflandırılırlar.

Esnek köpükler, camsı geçiş sıcaklıkları oda sıcaklığının oldukça altında olan termoset malzemelerdir. Kuvvetli oksidantlardan etkilenirler ve kuvvetli asit ve bazlar tarafından hidrolize edilirler. Genellikle polieter köpükler hidrolik bozulmaya, polyester köpükler ise oksidantlara daha dayanıklıdırlar. Esnek polyester üretan köpükler filtre, sızdırmazlık ve gürültü sönümleme elemanı olarak, esnek polieter üretan köpükler ise araba koltukları, kanepe ve ev koltuklarında kullanılırlar.

Rijit köpükler, camsı geçiş sıcaklıkları oda sıcaklığının oldukça üstünde olan polimerlerden elde edilirler. Özellikleri, yoğunluğa ve oluşum şekline göre değişir. Rijit köpükler buzdolabı, soğutma vagonları ve kamyonları, soğutma depolarında yalıtkan olarak, çatı yalıtkanı olarak, dekoratif mobilya imalinde kullanılmaktadırlar.

Tam kabuklu üretan köpükler, tok ve yüksek yoğunluklu bir kabuk ve düşük yoğunluklu bir nüveden meydana gelirler. Yumuşak ve esnek, rijit ve darbe sönümleyici çeşitleri vardır. Malzeme özelliklerine göre çeşitli alanlarda darbe sönümleyici olarak, panel yapımında, atletizm ekipmanlarında koruma olarak kullanılırlar [1].

Poliüretan; metallerdeki mukavemet ve dirilik ile kauçuktaki elastikiyeti bir arada bulunduran bir malzemedir. Çünkü poliüretan geniş bir sertlik aralığında mevcut olabilir. Poliüretanın üretim ve bakım maliyetleri oldukça düşüktür. Bu yüksek özelliklere sahip malzemenin kullanıldığı birçok uygulamada zaman, bakım ve parça maliyetleri azalır. Genel olarak poliüretanın özellikleri şu şeklide verilebilir:

• Poliüretanlar kauçuklara göre daha iyi yaşlanma ve yırtılma direnci gösterirler. • Plastiklerle karşılaştırıldığında poliüretanlar mükemmel aşınma özellikleri ve elastik hafıza verirken çok iyi darbe direnci sergilerler [15].

Poliüretanın kullanım alanları:

• Esnek poliüretan köpükler çeşitli form ve fonksiyonlarda döşeme, mobilya, otomotiv iç kaplama, halı tabanları ve pakatleme uygulamalarında kullanılırlar. Hemen hemen her şekilde üretilebilirler.

• Rijit poliüretan köpükler ve poliizosiyanürat köpükler dünyada enerji-verimli ve çeşitli yalıtkan uygulamalarında en çok kullanılan malzemlerdir. Ticari alanda daha güvenli ve kullanıma uygunluğunun yanında yakıt ve konstrüksiyon maliyetlerini önemli oranda azaltır.

• Termoplastik poliüretanlar çok sayıda fiziksel özellik kombinasyonu ve proses uygulamalarına olanak sağlar. Oldukça elastik ve esnektirler, bunun yanında aşınma, darbe ve atmosfer direncine sahiptirler.

• Poliüretan kaplamalar ürünün görünümünü iyileştirir ve ömrünü uzatır. Poliüretan yapıştırıcılar oldukça kuvvetlidirler. Poliüretan macunlar sızdırmazlığı artırırlar [16].

Poliüretan reçine esaslı kaplamaların özellikleri oldukça değişkendir. Fiyat aralığı olarak alkidlerden daha pahalı, epoksilerden daha ucuzdurlar. Poliüretan reçinelerin yağ ile modifiye edilebilir, havada kür edilebilir, blok polimerizasyonu ile üretilebilir ve çift komponentli çeşitleri mevcuttur. Çift komponentli poliüretanlar geniş bir sertlik aralığında elde edilebilirler. Aşınmaya karşı dirençli, esnek, mukavemetli, diri, kimyasal dirençli ve atmosfer dirençli olabilirler. Poliüretanlar; uçak, otomobil, tren, kamyon ve gemiler için taşımacılık endüstrisinde oldukça önemlidirler [17].

5.1.2. Epoksi

Epoksi reçine ilk olarak 1947 yılında bis-fenol-A ile epiklorohidrin arasındaki kondenzasyon reaksiyonu ile elde edilmiştir. Epoksiler geniş bir moleküler ağırlık aralığında bulunabilirler. Bu nedenle molekül ağırlığına bağlı olarak sıvı ve katı formları mevcuttur. Hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıklarda çeşitli sertleştiricilerle kullanılabilirler. Epoksi tipine ve sertleştiriciye bağlı olarak farklı özelliklerde epoksi reçine elde etmek mümkündür. Epoksiler mükemmel bağlanma özellikleri gösterdiğinden dolayı koruyucu kaplama olarak ya da takviye edilmiş konstrüksiyon malzemesi olarak kullanılabilirler. En önemli özellikleri olarak yüksek kimyasal direnç (özellikle alkalilere karşı), yüksek mukavemet, yüksek sıcaklıklarda kararlılık, boyutsal stabilite ve iyi elektriksel özellikler sayılabilir [18].

Epoksilerden elde edilen koruyucu kaplamalar; oldukça yüksek sıcaklıklara, solventlere ve korozif kimyasallara karşı dirençlidirler. Takviye edilmiş epoksiler (özellikler cam fiberle), takviye edilmiş polyesterden daha üstün özelliklere sahiptir, fakat daha pahalıdır. Havacılık endüstrisinde, tank ve tüplerde, aksesuarlarda kullanım alanı bulurlar, aynı zamanda yüksek kaliteli elektriksel yalıtkan görevi görürler [18].

Epoksi reçineler çok çeşitli özelliklere sahiptirler. Bu reçineler orta ve yüksek fiyat aralığında üretilebilirler. Yapıştırıcı, kaplama ve kompozit endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. Isısal dirençleri, elektriksel yalıtkan olarak kullanılmalarına imkan tanır. Çift komponentli epoksi kaplamalar yüksek oranda korozif ve kimyasal ortamlarda kullanılabilir [17].

Epoksiler; sıvı, katı ve yarı-katı formda olabilirler. Sıvı epoksiler RTM, filaman sarma, pultrüzyon, elle yatırma ve diğer proseslerde cam, karbon, aramid, bor gibi değişik fiberle kullanılabilirler. Yarı-katı epoksiler vakum torbalama ve otoklav prosesleri için prepreg halde kullanılabilirler. Katı epoksi kapsüller bağlama amaçlı kullanılırlar. Epoksiler, polyester ve vinilesterden daha pahalıdır ve bu yüzden spesifik performans gerekmedikçe maliyetin önemli olduğu uygulamalarda fazla tercih edilmezler [19].

5.1.3. Alumina (Al2O3)

Genellikle alumina olarak adlandırılan aluminyum oksit, malzeme özelliklerini önemli oranda artıran kuvvetli iyonik atomlar arası bağlara sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda en kararlı hegzagonal alfa fazı gibi birkaç kristalin faz halinde olabilirler. Alfa alumina en kuvvetli oksit seramiktir. Yüksek sertlik değeri, mükemmel dielektrik özellikleri, refrakter özellikleri ve iyi termal özellikleri birçok uygulama için tercih edilen bir malzeme olmasının nedenleridir. Ergime sıcaklığı 2054°C olan aluminanın maksimum kullanım sıcaklığı 1800°C’ye kadar çıkabilir [20].

Aluminanın en genel üretim metodu Bayer metodudur. Bayer metoduna göre boksit cevherinden alumina elde edilir. Boksit cevheri içinde bulunan en önemli mineraller Gibsit, Diasporit ve Böhmittir. Madenden çıkarılan boksit cevheri kostik soda eriyiği ile işlemlenerek aluminyum hidroksit elde edilir ve sonrasında aluminyum hidroksitin kalsinasyonu ile alumina (Al2O3) elde edilmiş olur. Üretilen bu alumina

tozu çeşitli amaçlar için preslenerek ve sinterlenerek yüksek yoğunluklu ya da kullanım yerine göre poröz malzeme şekline getirilirler [21].

Mühendislik derecesindeki alumina ürünler genellikle alumina tozunun yüksek sıcaklıklarda (>1300°C) sinterlenmesiyle elde edilir. Üretim yöntemi, oldukça yüksek yoğunluklu üretilebilen parça boyutlarını sınırlar. Kırılma tokluğunun, alumina parçaların mukavemetini sınırlaması nedeniyle üretim yöntemi en önemli hata kaynağı olabilir. Aluminanın gevrek oluşu nedeniyle mukavemet, tasarımını sınırlayan en önemli faktör olarak düşünülebilir. Mühendislikte kullanılan birçok

alumina esaslı ürünler yüksek ergime sıcaklığı, yüksek sıcaklık mukavemeti, yüksek sertlik değeri ve buna bağlı olarak oldukça yüksek aşınma direnci gibi fonksiyonel özellikleri için tercih edilirler [22].

Aluminanın başlıca özellikleri şu şekilde sıralanabilir:

• Yüksek sertlik • Aşınma direnci • Yüksek mukavemet

• Mükemmel boyut ve şeklini koruma özelliği • Mükemmel dielektrik özellikler

• Yüksek sıcaklıklarda kuvveli asit ve alkalilere direnç Aluminanın kullanım alanları:

• Aşınma pedalları • Contalar

• Yüksek sıcaklık elektrik izolatörü • Yüksek voltaj izolatörü

• Fırın astar malzemesi • Tel klavuzları

• Elektronik altlıklar • Balistik zırh malzemesi • Aşınma dirençli tüpler • Termometre sensörleri

• Laboratuar ekipman tüpleri ve numune tutucular • Öğütücü ortam malzemesi [20]

Kompozit yapımında kullanılan silindirik formdaki aluminalar Kale Porselen tarafından tedarik edilen %96’lık aluminadır. %96’lık Al2O3’nın geri kalan kısmı

%3,5’i SiO2 ve %0,5’i CaO’ten oluşmaktadır. Silindirik formdaki bu parçalar Al2O3

Kompozit yapımında kullanılan bu aluminaların boyutları (mm boyutlarında) Şekil 5.1’de, parçanın modellenmesi ile elde edilen görüntüleri ise Şekil 5.2 ve 5.3’de gösterilmiştir.

Şekil 5.2: Silindirik aluminanın modelleme ile elde edilen görünümü

5.1.4. Aramid

Aramid kelimesi bir çeşit naylon olan aromatik poliamid maddesinden gelmektedir. Moleküller, mekanik gerilimi transfer eden güçlü hidrojen bağlarıyla bağlanmış olan oldukça rijit polimer zincirleriyle karakterize edilirler. Şekil 5.4’de Aramid’in moleküler yapısı görülmektedir. Şekil 5.5 (a)’da iplik formundaki Aramid ve (b)’de ise dokunmuş bir aramid kumaş görülmektedir. Aramid, piyasada daha çok Kevlar (DuPont) ve Twaron (Teijin) adlarıyla bilinmektedir. Aramid fiberler, kendilerini diğer sentetik fiberlerden ayıran bazı genel karakteristiklere sahiptir [23]:

• Yüksek mukavemet • Yüksek aşınma direnci • Yüksek kimyasal direnç • Mükemmel boyutsal stabilite • Düşük termal büzülme • Düşük elektriksek iletkenlik • Yüksek alev direnci

(a) (b)

Şekil 5.5: (a) Aramid iplik. (b) Dokumuş Aramid kumaş [25]

Genellikle polimer matriksli kompozitler için takviye elemanı olarak kullanılan aramid fiberlerin bazı kullanım alanları şunlardır [23], [24]:

• Balistik koruma uygulamaları; askeri kasklar, kurşun geçirmez yelekler

• Koruyucu giysiler; eldiven, motorsiklet koruma giysileri, avcılık giysi ve aksesuarları

• Yelkenliler ve yatların çeşitli bölgelerinde • Hava araçları gövde parçaları

• Endüstri ve otomotiv uygulamaları için kemer ve hortum • Tekne gövdesi

• Fiberoptik ve elektromekanik parçalar

• Debriyajlarda bulunan sürtünme balatalarında ve fren kampanalarında • Yüksek ısı ve basınçlarda kullanılan conta ve salmastralarda

Birçok alanda kullanım alanı bulan aramid gibi diğer liflerin bazı özelliklerinin belirlenmesinde tekstil sektöründe denye, dtex ve tex gibi kavramlardan bahsedilir. Bu kavramlar kumaşın belirli bir uzunluktaki ağırlığını tanımlar ya da farklı bir deyişle sürekli bir fiberin doğrusal yoğunluk birimi şeklinde ifade edilebilir:

denye: 9000 m lifin g cinsinden ağırlığı

dtex: 10000 m lifin g cinsinden ağırlığı

tex: 1000 m lifin g cinsinden ağırlığı