Yapılarını Oluşturan Malzemelere Göre Kompozitler

Fiber olarak kullanılan plastik, yük taşıyıcı bir özelliğe sahip iken, matris olarak kullanılan plastik, esneklik verici, darbe emici ya da istenen amaca göre kullanılan plastiğin özelliğine sahip olmaktadır. Kullanılabilecek plastik türleri de iki sınıfta incelenebilir:

a) Termoplastikler: Bu tür plastikler, ısıtıldıklarında yumuşar ve şekillendirildikten sonra soğutulduğunda sertleşir. Bu işlem sırasında plastiğin mikro yapısında herhangi bir değişiklik söz konusu değildir. Genellikle 5-50 ºC arasındaki sıcaklıklarda kullanılabilirler. Bu gruba giren plastik olarak; naylon, polietilen, karbon florür, akrilikler, selülozikler, viniller sayılabilir.

b) Termoset Plastikler: Bu tip plastiklerde ise ısıtılıp şekillendirildikten sonra soğutulduklarında artık mikro yapıda oluşan değişim nedeniyle eski yapıya dönüşüm mümkün olmamaktadır. Bu gruba giren belli başlı plastikler ise; polyesterler, epoksiler, alkitler, aminler olarak verilebilir.

Liflerle pekiştirilmiş polimer kompozitler endüstride çok geniş kullanma alanına sahiptirler. Pekiştirici olarak cam, karbon, kevlar ve boron lifleri kullanılır. Çizelge 4.1 de bu liflerin özellikleri verilmiştir. Kevlar lifleri aromatik poliyamid polimerlerinden üretilir. Liflerin çapları yaklaşık 0,1 mm civarındadır. Kalınlıkları arttıkça kusur oluşma olasılığı nedeni ile mukavemetleri çok azalır. Bu lifler uygun bir bağlayıcı malzeme ile istenilen boyutta taşıyıcı kütleye dönüştürülürler (Onaran 1993).

Çizelge 4.1 Bazı takviye elamanlarının özellikleri (Onaran 1993). Malzeme Özgül Ağırlık [gr/cm3] Çekme Muk. [MPa] Elastisite Modülü [MPa] Cam Lifi 2,54 2410 70000 Karbon Lifi 1,75 3100 22000 Kevlar Lifi 1,46 3600 124000 Boron Lifi 2,36 3110 360000

Çizelge 4.1 de görüldüğü gibi karbon, kevlar ve boron liflerinin cam liflerine göre mukavemetleri ve elastisite modülleri daha yüksektir, ancak fiyatları cam lifinin yaklaşık 10-15 katı kadardır.

Polimer kompozitlerde kullanılan en önemli bağlayıcı malzeme polyester ve epoksidir. Lifler yönlenmiş veya rastgele dağılmış olabilir. Yönlenmiş lifler doğrultusunda mukavemet doğal olarak yanal doğrultudan çok daha büyük olur. Pekiştirici liflerin miktarı arttıkça kompozitin mukavemeti yükselir. Yönlenmiş çiftlerde bu miktar hacimce % 80 e kadar çıkabilir, rastgele yönlenmişlerde % 40-50 arasında kalır. Polimer kompozitlerin en önemli özellikleri yüksek özgül mukavemet ve özgül elastisite modülüdür, dolayısıyla diğer malzemelere bu yönden üstün durumdadır (Onaran 1993).

4.3.1.2. Seramik Matrisli Kompozit (SMK)

Metal veya metal olmayan malzemelerin birleşimlerinden oluşan seramik matrisli kompozitler (SMK), yüksek sıcaklıklara karşı çok iyi dayanım göstermekle birlikte, rijit ve gevrek bir yapıya sahiptirler. Ayrıca elektriksel olarak çok iyi bir yalıtkanlık özelliği de gösterirler.

Beton ve kurutulmuş çamur, seramik matrisli kompozitlerin ticari olarak tanınmasında esastır. Seramikler doğada kaya ve taşların dış etkilerle parçalanması sonucu oluşan kaolin, kil vb. maddelerin yüksek sıcaklıklarda pişirilmesi ile elde edilirler. Bunlar farklı şekillerde silikatlar, alüminatlar, ile birlikte metal oksitlerinden oluşur ve endüstriyel seramikler olarak bilinirler. Đyonik veya iyonik + kovalent bağa sahip oldukları için çok sert, gevrek ve yüksek sıcaklıklara dayanıklıdırlar. Bu malzemelerde kayma direnci yüksek olup, plastik şekil verme olmaksızın gevrek kırılırlar. Sert oldukları için A2O3 ve SiC aşındırıcı malzeme olarak kullanılırlar. Bunlara ilave olarak Si3N4 de yaygın olarak kullanılır. Bunlarla seramik matrisli kompozit üretildiğinde, 1200 °C gibi yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılabilir (Akbulut 1993).

4.3.1.3. Metal Matrisli Kompozitler (MMK)

Metallerin ve metal alaşımlarının birçoğu, yüksek sıcaklıkta bazı özellikleri sağlamalarına rağmen kırılgan olmaktadırlar. Fakat metalik fiberler ile takviye

edilmiş metal matrisli kompozitler, her iki fazın uyumlu çalışması ile yüksek sıcaklıkta da yüksek mukavemet özelliklerini vermektedirler. Bakır ve Alüminyum matrisli Volfram veya Molibden fiberli kompozitler ve Al - Cu kompoziti, bize bu kompozisyonu veren en iyi örneklerdir. Bu tip kompozitler, matrisin özelliklerini iyileştirdiği gibi bu özelliklere daha ekonomik olarak ulaşmasını sağlamaktadır. Bu metallerde metal matris içine gömülen ikinci faz, sürekli lifler şeklinde olabildiği gibi, gelişigüzel olarak dağıtılmış küçük parçalar halinde de olabilmektedirler.

Endüstride en çok kullanılan bir tür metal olan metal fiber takviyeli plastikten oluşan kompozitler oldukça mukavemetli ve hafif bir ürün olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu kompozitler, metal fiberlerin (bakır, bronz, alüminyum, çelik) polietilen ve polipropilen plastiklerini takviyelendirilmesi amacıyla elde edilmesinde kullanılmaktadır. Özellikle deformasyon yönünden takviyelendirilme yaygın olarak kullanılmakta ve iyi bir verim alınmaktadır.

Metal matrisli kompozitler (MMK), matris metal esaslı olmak üzere, iki veya daha fazla malzeme kombinasyonu ile elde edilen mühendislik malzemeleridir. Metal matrisli kompozit malzemelerin geliştirilmesinin amacı fiziksel, mekaniksel ve kimyasal özelliklerden birinin veya bir kaçının geliştirilmesine yöneliktir. Ticari malzemeler ile dayanım, süneklik, genleşme oranı ve yoğunluk gibi kombinasyonların birlikte başarıyla sağlanması sınırlıdır. MMK malzemeler sürekli fiber ve parçacıklar ile takviye edildiklerinde bu kombinasyonların bir sonucu olarak, çok özel yüksek dayanım ve modül elde edilebilmektedir. MMK lar yüksek elastik modülü, çekme-basma dayanımı, kayma mukavemeti ve servis sıcaklığının yanı sıra, metallerin sünekliği ve tokluğu ile, seramiklerin yüksek mukavemeti ve yüksek elastik modül özelliklerinden dolayı son derece önemli mühendislik malzemeleridir (Akbulut 1993).

Kompozit malzemeleri, yapılarını oluşturan malzemeler ve yapı bileşenlerinin şekillerine göre iki şekilde sınıflandırmak mümkündür. Yapı bileşenlerinin şekillerine göre parçacık esaslı kompozitler, lamel esaslı, fiber esaslı kompozitler, dolgulu (kafes) kompozitler, tabaka yapılı kompozitler v.b bir gruplandırma yapılabildiği gibi, matris malzemesinin türüne göre de plastik kompozitler, metalik kompozitler, seramik kompozitler şeklinde sınıflandırılır.

4.3.1.4. Plastik - Cam Elyaflı Kompozitler

Bu tür Đsteğe göre termoplastikler veya termoset plastikten oluşan matris ve cam liflerinin uygun kompozisyonlarında üretilmektedir. Mekanik ve fiziksel özellikleri nedeniyle cam lifler birçok durumda metal, asbest, sentetik elyaf ve pamuk ipliği gibi liflere tercih edilebilirler. Ancak cam elyaflı kompozitler, büyük kuvvetleri iletmelerine rağmen camın kırılgan olmasından dolayı çok küçük dirençlidirler. Bu tür malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, kullanılan plastik reçineler uygun seçilerek, arzu edilen şekle sokulabilir. Plastik reçineler de daha önce belirtildiği gibi termoplastik ve termoset türünde olmaktadır. Termoset plastikler, fiberlerin de düzgün oryantasyonu ile yüksek mukavemete ulaşabilirler. Cam elyaf takviyeleri ile en çok kullanılan plastik reçineler, polyesterlerdir.

4.3.1.5. Plastik - Köpük Kompozitler

Bu tür kompozitlerde plastik, fiber olarak görev yapmakta, köpük ise matris konumunda olmaktadır. Köpükler, hücreli yapıya sahip, düşük yoğunlukta, gözenekli ve doğal halde bulunduğu gibi, büyük bir kısmı sentetik olarak imal edilmiş hafif maddelerdir. Köpük hücre yapısına göre sert, kırılgan, yumuşak ya da elastik olabilmektedir.

4.3.2. Yapı Bileşenlerinin Şekillerine Göre Kompozitler