Denizcilikte kullanılan GRP / PVC sandviç yapıların kırılma tokluğuna çevrenin etkisi

(1)

DEN ZC L KTE KULLANILAN GRP / PVC

SANDV Ç YAPILARIN KIRILMA TOKLU UNA

ÇEVREN N ETK S

Cemal KOÇHAN

Haziran, 2008 ZM R

(2)

ÇEVREN N ETK S

Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi

Makine Mühendisli3i Bölümü, Konstrüksiyon - malat Anabilim Dal7

Cemal KOÇHAN

Haziran, 2008 ZM R

(3)

ii

CEMAL KOÇHAN, taraf ndan YRD. DOÇ. DR. Ç ÇEK ÖZES yönetiminde haz rlanan “DEN ZC L KTE KULLANILAN GRP/PVC SANDV Ç YAPILARIN KIRILMA TOKLU UNA ÇEVREN N ETK S ” ba l kl tez taraf m zdan okunmu , kapsam ve niteli i aç s ndan bir Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmi tir.

______________________________ ______________________________

Yönetici

______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________

Jüri Üyesi Jüri Üyesi

________________________ Prof. Dr. Cahit HELVACI

Müdür

(4)

iii

Yüksek lisans ö renimim süresince bilgi ve deneyimi ile bana yol gösteren dan man m Yrd. Doç. Dr. Çiçek ÖZES’ e ve ikinci dan man m, Dokuz Eylül Üniversitesi Deniz Bilimleri ve Teknolojisi Enstitüsü Gemi 8n aat Anabilim dal ö retim üyesi Doç. Dr. Gökdeniz NE:ER’ e te ekkür ederim.

Ayr ca deney numunelerinin TACAR Teknecilik’ de üretim a amas nda gösterdikleri samimiyet ve yard m severliklerinden ötürü ba ta Mehmet Emin TACAR olmak üzere, TACAR ailesine ve çal anlar na te ekkür ederim.

Son olarak ellerindeki imkanlar özverili ekilde kullan p tüm hayat m boyunca beni destekleyen; babama, anneme ve biricik karde ime çok te ekkür ederim.

(5)

iv ÖZ

Bu tezde denizcilikte kullan lan PVC/GRP sandviç kompozitlerin k r lma toklu una çevrenin etkisi deneysel olarak incelenmi ve deneysel çal may do rulamak için bir paket program ile sonlu elemanlar yöntemi analizi yap lm t r.

8lk olarak on adet PVC (Poly Vinly Chloride) çekirdek ve GRP (Cam Takviyeli Plastik) yüzey malzemesinden olu an sandviç numuneler el yat rmas metodu ile üretilmi tir. Daha sonra be adet numune, çekirdek malzemesinin yan yüzeyleri epoksi ile boyan p Türk Standartlar Enstitüsünde (TSE) ya land rma i lemine tabii tutulmu tur. Son olarak numunelerin k r lma tokluklar n ara t rmak için Mod I çekme deneyi tüm on numune için uygulanm t r.

Di er taraftan sonlu elemanlar yöntemiyle yap lacak analizde kullanmak üzere, kuru numune ve ya land rma i lemi uygulanm numunelerin elastisite modülü ve Poisson oran tespiti için yine çekme deneyleri yap lm t r. Analiz sonuçlar deney sonuçlar n yüzde 1 den daha az hata oran ile do rulamaktad r.

(6)

v ABSTRACT

In this thesis environmental effect on fracture toughness of PVC/GRP sandwich composite materials in marine use was experimentally studied and finite element analysis was performed by a packet program to verify experimental studies.

First of all ten PVC (Poly Vinly Chloride) core and GRP (Glass Reinforsed Plastic) face sandwich composite specimens were produced by hand lay up method. After that, side areas of the core of five specimens were painted by epoxy and conditioned in Turkish Standartization Enstitude (TSE). Finally, to investigate fracture toughness of specimens Mode I tensile test was conducted for all ten specimens.

In conclusion, tensile tests were again performed to investigate tensile modulus and poisson ratios of dry and wet specimens which were required for FEM analysis. Finite element analysis results verified the test results by less than 1% error rate.

(7)

vi

Sayfa

YÜKSEK L8SANS TEZ8 SINAV SONUÇ FORMU...ii

TE:EKKÜR...iii

ÖZ ... iv

ABSTRACT... v

BÖLÜM B R -G R =... 1

1.1 Kompozit Malzemeler... 1

1.2. Sandviç Kompozitlerin Yap s ... 2

1.3 Sandviç Kompozitin Çe itleri ... 6

1.3.1 Yüzey Malzemesine Göre Sandviç Kompozitler... 6

1.3.1.1 Cam Elyaflar ... 8

1.3.1.2 Aramid Elyaflar... 9

1.3.1.3 Karbon Elyaflar... 10

1.3.2 Çekirdek Malzemesine Göre Sandviç Kompozitler... 12

1.3.2.1 Çekirdek Malzemelerin Seçim Kriterleri ... 12

1.3.2.2 Temel Çekirdek Malzeme Çe itleri ... 13

1.3 3 Yap t r c (Reçine) Malzemesine Göre Sandviç Kompozitler... 18

1.3.3.1 Polyester... 19

1.3.3.2 Epoksi... 22

1.3.3.3 Vinyl Ester ... 23

BÖLÜM K - GRP / PVC SANDV Ç KOMPOZ T N MALATI VE KIRILMA TOKLU U KAVRAMI... 26

2.1 Problemin Tan m ... 26

2.2 El Yat rmas Metodu... 26

2.1.1 GRP / PVC Sandviç Kompozitin 8malat ... 28

(8)

vii

2.2.1.2 Mod I K r k Deformasyonu Deneyi ... 39

BÖLÜM ÜÇ - UYGULANAN MOD I DENEY VE SONUÇLARI ... 41

3.1 Uygulanan Mod I Deneyi... 41

3.2 Deney Sonuçlar ... 48

3.2.1 Kuru Numunelerin Sonuçlar ... 49

3.2.2. Tuzlu Suda Bekletilmi Numunelerin Deney Sonuçlar ... 52

BÖLÜM DÖRT - SONLU ELEMANLAR ANAL Z ... 57

4.1 Numunelerin Mekanik Özelliklerinin Bulunmas ... 57

4.2 Sonlu Elemanlar Analizi ... 59

4.2.1. Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçlar ... 61

4.2.1.1 Kuru numune analiz sonuçlar ... 61

4.2.1.2 Tuzlu suda bekletilmi numunenin analiz sonuçlar ... 64

BÖLÜM BE= - DE ERLEND RME ... 66

(9)

1 1.1 Kompozit Malzemeler

Kompozit, iki veya daha çok bile enden olu an yap sal malzemedir. Bile enler makroskobik alanda birle irler ve birbirleri içinde çözünmezler. Bile enlerden birisine takviye faz , takviye faz n n içine kar t di er bile ene ise matris denir. Takviye faz , matris içerisinde sürekli lif, süreksiz lif, parçac k veya disk halinde olabilir, :ekil 1.1 (KUTZ, 1998). Matris faz ise devaml bir yap ya sahiptir. (Kaw, 1997)

:ekil 1.1 Takviye elemanlar n n malzeme içindeki formlar . (Mechanical Engineers’ Handbook, second edition, edit by Myer KUTZ, 1998, John Wiley & Sons, Inc. )

Kompozit malzemelerin uzay ko ullar nda ve havac l k sektöründe kullan m üstünlüklerini görmek için iki çarp c örnek vermekte yarar vard r.

Bilindi i gibi günümüz ileri teknolojisinin gerektirdi i mekanik de erleri, tek fazl malzemeler ve ala mlar her zaman yakalayamazlar. Örne in uyduda kullan lan malzemelerin, uzayda –160 0C ile 93.3 0C aras ndaki çal ma ko ullar nda boyutsal

(10)

olarak kararl olmas gerekir. Bu artlarda k s tl s l genle me katsay s de erlerine sahip metalik malzemeler kullan lamaz ve yerini grafit/epoksi gibi kompozitlere b rak r.(Kaw, 1997)

Kompozit malzemelerin kullan lmas birçok alanda daha verimlidir. Uçak endüstrisinden bir örnek vermek gerekirse; ticari bir uçakta 0.453 kg a rl k azalt lmas ile senede 1360 litre yak t tasarrufu yap labilir. Burada belirtmek gerekirse ticari bir uçak irketinin y ll k giderinin %25’ ini yak t harcamas olu turmaktad r.(Kaw, 1997)

Kompozitlerin tekne imalat ndaki yerine gelirsek; günümüzde üretilen tekneler geçmi y llarda üretilenler ile kar la t r l nca, gövde yap lar n n daha büyük yüklere maruz kalacak istekleri kar layacak ekilde üretildi i görülür. Burada imalatç lar n rekabetçi tutumlar da etkilidir. Örne in bir sürat motoru imalatç s , daha güçlü motor tercih etmekte iken; di er taraftan bir yelkenli tekne imalatç s paslanmaz çelik donan mlar, daha k sa salma boyu, daha geni yelkenli alan , sentetik malzemeden yelken kuma lar vs tercih etmektedir. Sonuç olarak bu tercihler tekne gövdesine gelen yüklerin artmas na sebep olmaktad r. Bu nedenden ötürü tasar mc daha hafif ve dayan kl yap lar ile çal mak zorunda kalmaktad r. Bu hafif ve dayan kl yap lar ise kompozit malzeme teknolojisi ile mevcut hale gelir. ( Kolat, Ne er, Özes, 2006 )

Sandviç kompozitler, kompozit malzemelerin ileri bir uygulama alan n olu turmaktad r; yani yukar da verilen örneklerdeki üstünlükleri ve daha fazlas n içerirler. Bu nedenle sandviç kompozitlerin yap s n incelemekte fayda vard r.

1.2 Sandviç Kompozitlerin Yap7s7

Sandviç kompozitler üç ana bile enden olu urlar, :ekil 1.2. Birincisi yüksek mukavemetli, rijit yap ya sahip ince yüzey malzemesi; ikincisi kal n ve yüzey malzemesine göre daha hafif ve dü ük mukavemetli çekirdek; son olarak üçüncüsü de bu iki malzemeyi yap ma ara yüzeyinde hasar olu mayacak kadar güçlü ekilde ba layan yap t r c (reçine) malzemedir.

(11)

:ekil 1.2 Sandviç kompozit malzeme.

Sandviç kompozit yap , katmanl bir kompozittir. Bu katmanl kompozitin olu mas ile kendini olu turan bile enlerin her birinin mekanik özelliklerinden daha üstün mekanik özelliklere sahip bir yap ortaya ç kar. 8ki adet rijit, yüksek mukavemetli yüzey malzemesinin aras nda yer alan, daha az mukavemet ve rijitli e sahip hafif çekirdek malzeme sayesinde sandviç yap n n a rl da dü er. Bu sayede geleneksel imalat malzemeleri olan çelik ve alüminyum ile imal edilen teknelere nazaran daha hafif tekne imal edilebilir.

Sandviç kompozitlerin hafifli i nedeniyle, geleneksel imalat malzemeleri olan çelik ve alüminyum ile çal an kimi mühendislerde, dayan kl olmad önyarg s vard r. Bu önyarg y k rmak için, bas yükü uygulanan ayn boy ve geni likte dikdörtgen kesitli metalik ve sandviç kompozit iki malzeme ele alal m. Bu malzemelerin hasara u rayacaklar kritik yük öyle tan mlan r:

2 2

L

EI

P

_crit

=

_(1.1) E: elastisite modülü L: malzemelerin boyu I: atalet momenti

(12)

12

3

bt

I

=

_(1.2) b: malzemelerin geni li i t: malzemelerin kal nl

Denklem (1.1)’ den anla ld gibi, malzemelerin boyu ayn seçildi inden kritik yük malzemelerin elastisite modülleri ve atalet momentleri ile orant l d r. Bilindi i gibi elastisite modülü malzemelerin karakteristik bir özelli idir ve daha yüksek elastisite modüllü malzeme kullanmak asl nda daha üstün malzeme kullanmak demektir. Bu teorik olarak gerçekle ebilmekle beraber, imalatta maliyet söz konusu oldu u için çözüm getirmemektedir. Bu nedenle kritik yük sadece malzemelerin atalet momentleri ile orant l d r diyebiliriz. Dikdörtgen kesitli malzemeleri için atalet momenti Denklem (1.2) ile verilmi tir. Malzemelerin geni li i b= 1 olarak iki malzeme için ayn seçilmi tir. Böylece görüldü ü gibi kritik yük malzemelerin kal nl n n küpü ile do ru orant l olarak de i mektedir.

Tablo 1.1 de malzemelerin kal nl ndaki de i imden mukavemetlerinin, rijitliklerinin ve a rl klar n n nas l etkilendi i verilmi tir

Tablo 1.1 Malzeme kal nl ve mekanik özellikler aras ndaki ili ki

(http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/compositematerials/g_composite_m aterials.pdf)

(13)

Birinci sütunda t kal nl ndaki metalik malzeme , ikinci ve üçüncü sütunlarda ise çekirdek kal nl klar s ras ile t ve 3t olan kompozit malzemeler yer almaktad r. E er metalik malzemenin de erleri 100 birim kabul edilir ise, görüldü ü gibi çekirdek kal nl t ve 3t olan sandviç kompozitlerde s ras yla; rijitlik 7 kat ve 37 kat, mukavemet 3,5 kat ve 9,25 kat art göstermi tir. A rl klardaki art ise ihmal edilebilir bir art t r.

:ekil 1.3 de ise malzemelerin özgül çekme modülü – özgül çekme mukavemeti diyagram halinde verilmi tir. Diyagramdan da rahatça görüldü ü gibi çelik ve alüminyum malzemelerin yüksek yo unlu u oldu undan özgül çekme modülleri ve özgül çekme mukavemetleri, sandviç kompozitlerde kullan lan malzemelere göre dü üktür.

:ekil 1.3 Malzemelerin özgül çekme modülü-özgül

çekme mukavemeti.

(http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos /compositematerials/g_composite_materials.pdf)

Farkl bir bak aç s ile bakarsak, Hook kanununa göre malzemenin hasara u rad yük P öyle tan mlan r:

(14)

=

P

(1.3) alan gerilme : :

Denklem (1.3) den anla ld gibi malzemelerin hasara u rad klar yük alanlar ile do ru orant l d r. Yani metalik bir malzeme ile ayn a rl ktaki sandviç kompozit malzeme daha büyük alana sahip olur. Bu da sandviç kompozit malzemenin hasara u rayaca yük daha büyük olur demektir.

1.3 Sandviç Kompozitin ÇeKitleri

Sandviç kompozitin çe itlerinden kas t asl nda sandviç kompoziti olu turan bile enlerin çe itleridir. Ba l k 1.2 alt nda bahsedildi i gibi sandviç kompozitler yüzey malzemesi, çekirdek malzemesi ve yap t r c dan olu ur. Böylece sandviç kompozitler; yüzey malzemesine göre, kullan lan çekirdek malzemesine göre, ve de reçine türüne göre çe itlilik gösterir.

1.3.1 Yüzey Malzemesine Göre Sandviç Kompozitler

Yüzey malzemesi matris yap ve takviye eleman ndan olu maktad r. Kullan lan takviye eleman matris yap içinde lif, parçac k veya disk halinde olabilir (:ekil 1.1). Ancak bu tezin konusu lif (elyaf) takviyeli plastikler (Fiber Reinforced Plastic) ile ilgili oldu undan di er türlerin ayr nt s na girilmeyecektir.

Elyaf takviyeli yüzey malzemelerinde yüksek mukavemet için küçük çapl lif kullanmak gerekir.Bunun sebepleri öyle s ralanabilir (Kaw,1997):

i) Malzemeler gerçekte, teorik mukavemetinden daha dü ük mukavemet de erlerine sahiptir. Bu fark malzeme içindeki hatalardan kaynaklan r. Bu hatalar n yok edilmesi malzemenin mukavemetini artt r r. Liflerin çap küçültüldü ünde,

(15)

içlerinde olabilecek hatalar da azald ndan mukavemetleri artmaktad r. Örne in 689 MPa mukavemeti olan çelik bir plakadan tel imal edilir ise bu çelik 4100 MPa mukavemete sahip olabilir. :ekil 1.4 de karbon liflerin mukavemet art n n lif çap na göre de i imi görülmektedir.

:ekil 1.4 Lif çap na göre lif mukavemeti. (Kaw, 1997)

ii) Yüksek düktilite, tokluk, ve matris-lif aras nda daha iyi yük transferi için, matris-lif ara yüzey alan n n daha büyük olmas gerekir. Hacimsel olarak e it lif miktar na sahip kompozitlerde, lif-matris ara yüzey alan lif çap ile ters orant l olarak artar. Çünkü lif çap dü ürüldü ünde, hacimsel olarak ayn lif miktar n elde edebilmek için lif say s artt r lmal d r. Buda lif-matris ara yüzey say s n yani ara yüzey alan n artt r r.

iii) Kompozit malzemelerin, özellikle örgülü kompozitlerin, üretiminde istenen liflerin k r lmadan e ilebilmesidir. E ilme kabiliyeti lif çap n n azalmas ile artar, ve esneklik olarak ölçülür. Esneklik, e ilme rijitli inin tersi olarak tan mlan r. Esneklik, malzemenin çap n n dördüncü kuvveti ile, ve elastisite modülü ile ters orant l d r. Bu

öyle kan tlanabilir:

Malzeme mukavemetinden bilindi i gibi, e ilme mukavemeti e ilme momentine gösterilen dirençtir. E er bir kiri saf e ilmeye maruz ise;

(16)

EI

M

dx

v

d

=

2 2 olur (1.4)

v: merkez hattaki deformasyon (m) E: kiri in elastisite modülü (Pa) I: kiri in atalet momenti (m4) x: kiri boyunca koordinat (m)

Böylece e ilme rijitli i ‘EI’ olur ve esneklik basitçe ‘EI’ n n tersidir. Dairesel kiri in atalet momenti

64

4

d

I

=

oldu undan (1.5) 4

1 Ed

Esneklik ile orant l d r.

Belli malzemelerde elastisite modülü mukavemette oldu u gibi çap n fonksiyonu olarak de i mez. Bu nedenle esneklik lif çap n n dördüncü kuvveti ile ters orant l d r.

Tekne imalat nda kullan lan elyaf takviyeli yüzey malzemesi türlerini inceleyecek olursak:

1.3.1.1 Cam Elyaflar

Üretilmesi pahal olmad ndan, ve a rl kla ili kili olarak daha yüksek mukavemet gösterdikleri için cam elyaflar takviyeli plastiklerde %90 dan fazla kullan l rlar. Cam elyaflar ayr ca iyi kimyasal direnç gösterirler ve i lenebilirlikleri yüksektir.

Cam elyaflar temel olarak E-cam (fiberglass-cam elyaf) ve S-cam olarak iki türü vard r. E-cam asl nda elektrik uygulamalar için dizayn edilmi fakat daha sonralar farkl uygulamalar için de kullan lmaya ba lanm t r (Kaw, 1997). Örne in E-cam iyi mukavemet özelli i ve suya direncinden dolay , tekne imalat nda en fazla kullan lan

(17)

elyaf türüdür. S-cam , E-cam na göre üç kat daha yüksek çekme mukavemeti ve daha iyi yorulma direnci gösterir. Buna ra men, maliyeti E-cam ndan üç ila dört kat fazla oldu u için E-cam tercih edilir. Tablo 1.2 de E-cam ve S-cam n n özellikleri verilmi tir. Bununla beraber de i ik özellikte cam elyaflar farkl türde uygulamalar için üretilebilir. Örne in görünümün iyi olmas istenen uygulamalar için A-cam , korozyon dayan m istenen uygulamalar için C-cam bulunmaktad r. Bu çe itlerin beraber kullan ld uygulamalar da vard r. Mesela E-CR hem elektrik hem korozyon dayan m gerektiren uygulamalar için kullan l r.

Tablo 1.2 E ve S cam elyaf bile enleri

(http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/compositematerials/g_composite_m aterials.pdf)

1.3.1.2 Aramid Elyaflar

En bilinen aramid elyaf türü DuPont taraf ndan bulunan Kevlar d r. Kevlar 1970 lerden buyana kullan lmaktad r. Dü ük a rl k, yüksek çekme mukavemeti ve modülü, yüksek darbe ve yorulma direnci ve örülebilirli i aramidlerin avantajlar d r. Bas performanslar dü ük ekil de i tirme de erlerinde do rusal olmayan düktil davran gösterdiklerinden cam elyaf kadar iyi de ildir.

Cam BileKenleri E Cam7 S Cam7

Silikon Dioksit 52-56% 64-66%

Kalsiyum Oksit 16-25% 0-0,3%

Alüminyum Oksit 12-16% 24-26%

Boron Oksit 5-10% -

Sodyum ve Potasyum Oksit 0-2% 0-0,3%

Magnezyum Oksit 0-5% 9-11%

Demir Oksit 0,05%-0,4% 0-0,3%

Titanyum Oksit 0-0,8% -

(18)

Günümüzde Kevlar 29 ve Kevlar 49 türleri vard r. Dü ük yo unlukta, yüksek dayan mdaki Kevlar 29, mermi çarpmas na kar koruyucularda, ip ve kablo yap m nda kullan lmaktad r. Kevlar 49 ise dü ük yo unlukta olup, yüksek dayan m ve modüle sahiptir. Kevlar 49, denizcilikte, hava-uzay sanayisinde, otomobil ve di er sanayi dallar nda kullan lan kompozit malzemeleri güçlendirici lifler olarak kullan labilecek özelliklere sahiptir.

1.3.1.3 Karbon Elyaflar

Genelde grafit ve karbon terimleri birbiri yerine kullan l r. Oysa grafit elyaflar %99 dan fazla karbon içeri ine sahip iken, karbon elyaflar %93 ile %95 aras nda karbon içeri ine sahiptir. Ayr ca karbon elyaflar 1316 0C de üretilirken, grafit elyaflar 1900

0_{C den yüksek s cakl klarda üretilirler. (Kaw, 1997) Bununla beraber. Karbon elyaflar}

en fazla PAN (polyacrylonitrile) malzemeden üretilirler.

S k kullan lan takviye malzemeleri içinde en yüksek mukavemeti ve e ilme direncini karbon elyaflar gösterir. Karbon elyaflar, cam elyaflarda oldu u gibi gerilme k r lmalar na ve yorulmalar na konu olmazlar. Yüksek s cakl k performans karbon elyaf n önemli bir avantaj d r. Di er taraftan en önemli dezavantaj , PAN n n öbür takviye malzemelerine göre daha pahal olmas d r.

Tablo 1.3 de takviye malzemelerinin baz mekanik özelliklerinin kar la t rmal verileri ve :ekil 1.5 ile çe itli elyaf takviye malzemelerinin tekne imalat nda kullan lan yerleri ve kullan m yüzdeleri verilmi tir.

(19)

Tablo 1.3 Yüzey takviye malzemelerin mekanik özellikleri

Elyaf Yo3unluk Çekme Mukavemeti Çekme Modülü Maksimum Uzama Maliyet 1995 gr/cm3 MPa GPa % $/kg E Cam7 _{2,60 3450 72,45 4,8 1,76-2,64} S Cam7 _{2,49 4589 86,94 5,7 8,82} Kevlar 49 _{1,44 3623 124,2 2,9 35,27} Karbon-PAN 1,72-1,8 2415-4830 227-393 0,38-2,0 37,47-992 0% 20% 40% 60% 80% 100%

E-Cam Elyaf ( Gövdede ) E-Cam Elyaf ( Güvertede ) E-Cam Elyaf ( Di er k s mlarda ) Karbon-elyaf ( Gövdede ) Karbon-elyaf ( Güvertede ) Karbon-elyaf ( Di er k s mlarda ) Kevlar ( Gövdede ) Kevlar ( Güvertede ) Kevlar ( Di er k s mlarda ) T ak vi ye m al ze m el er i Kullan m yüzdeleri

:ekil 1.5 Elyaflar n yat sektöründeki kullan m yüzdeleri. (http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/compositematerials/

(20)

1.3.2 Çekirdek Malzemesine Göre Sandviç Kompozitler

A rl n azalt lmas ve yap sal özelliklerin iyile tirilmesi yönünde h z kesmeyen çal malar, sandviç kompozit yap lar n çok popüler olmas n sa lam t r. Bilindi i gibi sandviç yap lar n prensibi; esas yükü ta yan yüzeylerin, dü ük yo unluklu çekirdek malzeme taraf ndan ayr lmas d r. Bu, kiri in veya panelin, a rl ndaki az bir art ile atalet momentinin artmas n sa lar. Optimum tasar m elde etmek için sadece yüzeyin de il çekirdek malzemenin de do ru seçilmesi gereklidir. Burada çekirdek malzemelerin seçim kriterleri konu edildikten sonra en çok kullan lan çekirdek malzemelerin özelliklerine de inilecektir.

1.3.2.1 Çekirdek Malzemelerin Seçim Kriterleri

1.3.2.1.1 Önemli Mekanik Özellikler. Öncelikle belirtilmesi gerekir ki, çekirdek

malzemeden beklenen özellikler her uygulama için de i iklik gösterir. Bu nedenle, seçim kriterlerini genelle tirmek çok zordur. Bununla beraber, incelemek için :ekil 1.6 deki e ilme yükü alt ndaki bir sandviç malzeme iyi bir örnek olacakt r.

:ekil 1.6 E ilme yükü alt ndaki sandviç kiri . (Schlotter, Haziran, 2002)

Bu türde bir yüklemede, görüldü ü gibi yüzey malzemesi çeki-bas yüklerine ve çekirdek malzemesi büyük ölçüde kesme yüküne maruz kalmaktad r. Buradan, çekirdek malzemenin en önemli özelliklerinin ba nda kesme mukavemeti ve rijitli i oldu u anla lmaktad r.

(21)

Bununla beraber sadece kesme mukavemeti ve rijitlik çekirdek malzemenin de erlendirilmesinde yeterli de ildir. Özellikle ince katmanlamal dü ük a rl k uygulamalar nda çekirde in bükülmesini veya katlanmas n önlemek için çekirdek bas yüküne dayanabilmelidir. Di er bir önemli hasar durumu ise, yüzey malzemesi ile çekirdek malzemesinin ayr lmas d r. Örne in polimer matrisli kompozit yüzeylerde köpük malzeme çekirde e, epoxy kullan larak ba lan r. Böylece ba lant , çekirdek malzemeden ço unlukla daha dayan kl olur ve hasar genelde köpük malzemede görülür. Bu nedenle çekirde in çekme dayan m da hesaba al nmas gerekli bir özelliktir.

1.3.2.1.2 Çekirdek Malzemeden Beklenen Di'er Özellikler. Bahsedildi i gibi,

çekirdek olarak hangi malzemenin kullan laca karar verilmeden önce, uygulama alan n n bilinmesi gereklidir. 8htiyaç duyulabilecek baz özellikler unlard r:

Dü ük maliyet Dü ük yo unluk

Dü ük / yüksek s cakl a direnç Neme veya kimyasallara direnç :ekil verilebilmesinin iyi olmas Kolay i lenebilirlik

Dü ünüldü ünde, bu amaçlar n tümünü için tek malzeme olmad ndan, amaca uygun özel seçimler oldu u görülmektedir.

1.3.2.2 Temel Çekirdek Malzeme Çe)itleri

Sandviç kompozitlerde kullan labilecek birçok türde malzeme olmas na ra men, ço u u kategorilerden birine girer: a aç, köpük, balpete i.

1.3.2.2.1 A'aç. Di er malzemelere göre a aç, ço unlukla yüksek yo unlu a sahip

oldu undan az türde a aç sandviç kompozit için çekirdek malzeme olarak kullan lmaktad r. 8çlerinde de en fazla kullan lan a aç türü, balsad r.

(22)

Balsa a ac (:ekil 1.7), ince-uzun yatay hücreleriyle çok yüksek bas dayan m ve çarp ma direnci sa lar. Tekrarl yüklerde çal ma kabiliyeti yüksektir, ve çok güçlü yüzey-çekirdek ba lant s sa lanabilir. Bir çok köpük malzemeden farkl olarak, yüksek çal ma s cakl klar na dayan kl d r. Balsa a ac n n statik mukavemeti, PVC köpükten yüksek olmas na ra men; darbe enerjisini emmesi PVC köpükten daha dü üktür. Balsa iyi bir s ve ses yal tkan d r. Ayr ca balsa ile basit araç gereçler kullan larak kolayca çal labilir.

Di er taraftan, balsa do al bir malzeme oldu u için neme kar hassast r. E er katmanlama veya yap t r c ile iyi bir ekilde çevrelenmez ise, çürüyebilir. Balsa a ac n n di er dezavantajlar da, 90 kg/m3 civar ndaki minimum yo unlu unun, yüksek olmas (:ekil 1.8) ve katmanlama süresince yüksek miktarda yap kan emmesidir.

:ekil 1.7 Balsa a ac n n hücre yap s . A: ortalama hücre boyu; B: ortalama hücre çap ; C:ortalama hücre et kal nl . (http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/ compositematerials/g_composite_materials.pdf)

(23)

:ekil 1.8 Çekirdek malzemelerin yo unluk-kesme/ bas mukavemeti ili kisi. (Schlotter, Haziran, 2002)

1.3.2.2.2 Köpükler. Köpükler çe itli sentetik polimerlerden üretilirler. Ayr ca,

hemen hemen her köpük çe itli yo unlukta tedarik edilebilir. Sonuç olarak birçok çe it köpük bulunabilir. Bu çe itlilik sayesinde köpük, özellikle karma k sandviç çekirdek malzemesi olmak üzere, geni uygulama alan bulur.

Köpüklerin temel olarak s n fland r lmas ve avantaj-dezavantajlar öyledir:

i) Polyvinyl Cloride Köpükler (PVC) yüksek performansl sandviç yap larda s kça kullan l rlar. Statik ve dinamik özelliklerinin iyi olmas n n yan nda, çal ma s cakl k aral geni tir ve birçok kimyasala direnç gösterirler. 8ki çe it PVC bulunmaktad r: çapraz ba l (non-lineer) ve do rusal (lineer). Çapraz ba l PVC daha sert ve rijit iken, do rusal PVC daha tok ve esnektir.

ii) Polystyrene Köpükler (PS) dü ük mekanik özellikleri ile ucuz ürünlerdir. Genelde sörf tahtas imalat nda kullan l rlar. Sterin ile çözündükleri için polyester yap kan ile kullan lmazlar.

iii) Polyurethane Köpükler (PU) dü ük yüklere maruz sandviç yap larda ve s izolasyonu için kullan labilirler. Mekanik özellikleri orta derecededir. Köpük-yüzey yap ma yüzeyinin ya lanma ile kötüle mesi dezavantaj d r.

(24)

iv) Polyetherimide Köpükler (PEI) nispeten yenidir. Yang n dayan mlar iyidir ve geni çal ma s cakl aral na sahiptir. Pahal olmalar na ra men, uçak ve tren uygulamalar için çok uygundur.

v) Polymethyl Methacrylamide Köpükler (Acrylic) Üstün derecede özgül dayan mlar ve rijitli i vard r ve yüksek s l kararl l sayesinde, yüksek s cakl kta kürlenmede kullan labilirler.

vi) Styreneacrylonitrile Köpükler (SAN), PVC köpükler ile benzer özelliklere sahip olmalar n n yan nda, daha ince-uzun yap lar , yüksek toklu u, yüksek s cakl k performans ve daha iyi statik özellikleri vard r. Bu nedenlerle birçok alanda SAN köpükler, PVC köpüklerin yerini almaktad r.

1.3.2.2.3 Balpetekleri. Balpete i çekirdekleri de çe itli uygulamalar için mevcuttur.

Ucuz karton balpeteklerinden ola an üstü özelliklere sahip aramid ve alünimyum balpeteklerine kadar çe itlilik gösterirler. Her çe idi farkl yo unluk, kal nl k ve hücre çap na sahiptir. Nomex ve alüminyum balpetekleri genellikle, köpüklerin uygun olmad , yüksek s cakl k uygulamalar nda kullan l rlar. Bunun yan nda balpete i, çekirdek kal nl farkl l k gerektiren durumlarda kullan lmaz. Aç k hücre yap s ndan dolay , s v yap t r c kullan larak üretiminde birtak m zorluklar vard r. Balpete i çe itleri:

i) Nomex balpete i, Nomex ka d n n bir formudur. Nomex ka d selilozik lifler yerine, Kevlar malzemesinden olu ur. Nomex balpete i uçak-uzay uygulamalar nda geni kullan m alan na sahip olmas n n yan nda, mekanik özelliklerinin iyi olmas nedeniyle di er alanlarda da giderek popüler olmaktad r. Öte yandan di er çekirdek malzemeleri ile kar la t r ld nda pahal d r.

ii) Alüminyum balpete i, Nomex balpete inden ucuz olmakla beraber benzer mukavemet ve rijitlik gösterirler. Deniz uygulamalar nda ve karbon ile yüzey katmanlama s ras nda korozyon problemine kar dikkatli kullan lmal d r.

(25)

Delaminasyon olu mamas için, yüzey-çekirdek ba lant s n n korunmas gerekir ve bu ancak kaliteli yap t r c kullanarak ba ar labilir.

iii) Termoplastik balpete i, genelde dü ük yo unluk ve dü ük rijitli e sahiptir. S k kullan lan polimerlerden baz lar ABS, polikarbonat, polipropilen, ve polietilendir. Birçok kimyasala direnç gösterirler ve nemden etkilenmezler. Ana problem yüzey-çekirdek aras ndaki ba n kurulmas d r.

:ekil 1.9 ile balpete i hücre yap s , :ekil 1.10 ile balpete i çekirdekli bir sandviç kompozit, Tablo 1.4 ile tekne imalat nda kullan lan çekirdek malzemelerin mekanik de erleri verilmi tir.

:ekil 1.9 Balpete i hücre yap s . to: hücre ortalama et kal nl ,

s: ortalama hücre çap . (http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/ compositematerials/g_composite_materials.pdf)

(26)

:ekil 1.10 Balpete i çekirdekli sandviç kompozit. (A. Ural vd Engineering Fracture Mechanics, 2003)

Tablo 1.4 Tekne imalat nda kullan lan çekirdek malzemelerin mekanik özellikleri

Çekirdek Yo3unluk Çekme Mukavemeti Çekme Modülü Maksimum Uzama Maliyet 1995 gr/cm3 MPa GPa % $/kg Balsa A3ac7 0,11 9,11 2,55 - 8,16 Do3rusal PVC 0,08-0,1 1,38 0,06 30 11,46 Çapraz ba3l7 PVC (Diab H 100) 0,10 3,11 0,12 - 13,11 Balpete3i (Nomex HRH-78) 0,10 - 0,41 - 29,25

1.3 3 Yap t r c (Reçine) Malzemesine Göre Sandviç Kompozitler

Takviye eleman n n da içinde yer ald reçine, sandviç kompozitin ana faz n olu turur. Ayr ca yüzey malzemesi ile (takviye malzemesi) çekirdek malzemesinin yap t r lmas nda görev al r. Tek ba lar na kullan ld klar nda dü ük olan mukavemet de erlerine sahiptirler. Tekne imalat nda en s k kullan lan reçine çe itleri unlard r: polyester, epoksi, vinyl ester.

(27)

1.3.3.1 Polyester

Polyester reçineler iki grup alt nda toplanabilir: doymu (kat ) halde ve doymam (s v ) halde. Plastik takviyeli tekne imalat nda, özellikle el yat rmas yönteminde kullan lan malzeme doymam polyester reçinedir. Bu demek oluyor ki polyester reçineler do ru ko ullar alt nda kürlenme ile kat hale gelebilirler.

Polyetilen teraftalen, terilen gibi doymu polyester reçineler veya termoset do as ndaki plastikler genelde enjeksiyon kal pta ve lif (fiber) imalat nda kullan l rlar.

Art k basit olarak, polyester denildi inde, doymam polyester akla gelmektedir. Bunlar monomer içinde, ki bu monomer genellikle sterindir, çözünmü polyester içerir. Sterinin buradaki görevi çok önemli olup reçinenin s v halden polyesterin moneküler zincir ba lar n çapraz ba layarak (kürlenme) kat la mas n sa lamakt r. Polyester bu sayede bas nç kullan lmadan kal planabilir. Bu nedenle polyester dü ük bas nç reçinesidir. Polyesterin moleküler ba zinciri :ekil 1.11 ile gösterilmi tir.

:ekil 1.11 Polyester moleküler ba zinciri.

Sterin -s-, katalizör ve h zland r c eklenmesiyle, sterin polymer zincirini çapraz ba lar ve oldukça karma k üç boyutlu ba lar olu turur, :ekil 1.12.

(28)

:ekil 1.12 Kürlenmi polyester moleküler ba zinciri.

Bu durumdan sonra polyester için kürlenmi denilebilir. Art k kimyasal olarak dirençli ve (genelde) kat haldedir. Çapraz ba lanma veya kürlenme i lemi polimerizasyon ad n al r.

Polyesterin kürlenmesini s tma yap lmadan h zland rmak için h zland r c ve katalizör ilave edilir. Jel zaman , çevre s cakl ve laminasyon kal nl göz önüne al narak, formülasyonu dikkatlice de i tirmek yoluyla kontrol edilmelidir. Tablo 1.5 ile kürlenme için en s k kullan lan, h zland r c ve katalizör kombinasyonlar görülmektedir.

Tablo 1.5 Polyester reçine h zland r c ve katalizör kombinasyonlar

Katalizör H7zland7r7c7 Metil Etil Keton Peroksit (MEKP) Kobalt Naptanat Kumene Hidroperoksit Manganez Naptanat

Reçine içine farkl ek malzemelerde olabilir. Örne in reçine dikey yüzeylerin laminasyonunda kullan lacak ise ak kanl n azaltmak amac yla içine silikon dioksit eklenebilir bu durumda reçine tiksotrafik olarak adland r l r. Çe itli di er ilave malzemeleri de kürlenme s ras nda reçine içinde, örne in jelkot için önemli bir durum olan büzülmeyi önlemek için kullan labilir.

(29)

Polyester reçineler kullan m en kolay ve iyi kimyasal direnç gösteren, en basit ve en ekonomik reçine sistemidir. Doymam (s v ) polyester maleik anhidrid veya fumarik asit gibi, sterin benzeri reaktif monomerler içinde çözünen doymam malzemelerden olu ur.

Polyester reçinelerin büyük ço unlu u hava ile tepkimeye giren malzemelerdir. Hava ile tepkime gerçekle ir ise bu durumda kürlenme durur. (:ekil 1.11 ve :ekil 1.12 incelenirse; sterin -s-, gelecek ba a oksijen ba lan r ve kürlenmeyi durdurur). Yüzeye sürülen cila tabakas ikincil ba lanma veya biti problemi olu turdu undan ve fiziksel olarak temizlenmesi gerekti inden; tipik olarak kürlenme i lemi s ras nda yüzeyin hava ile tepkimeye girmesini önlemek için reçine formülüne parafin eklenir.

Tekne imalat nda kullan lan polyester reçineler ortofitalik ve isofitalik olmak üzere iki çe ittir. Ortofitalik reçine, polyesterin geli tirilen orijinal grubudur ve hala geni kullan m alan na sahiptir. Bunlar bir ekilde s n rl s l kararl k, kimyasal direnç ve i lenebilirlik karakteristi i gösterir. Di er taraftan isofitalik reçineler genel olarak daha iyi mekanik özellikler ve kimyasal direnç gösterirler. 8sofitalik reçinelerin artan su geçirme direnci, birçok tekne imalatç s n n bu reçineleri tekne laminasyonunda jelkot olarak kullanmas na neden olmaktad r.

Polyester reçinenin rijitli ini kullan lan doymu asidin doymam aside oran n artt r lmas ile azaltmak mümkündür. Esnek reçineler artan darbe direnci sa layarak avantajl olabilir. Ancak bu tüm gövde mukavemetinin maliyetini yükseltme noktas na gider. Jelkot gibi yap sal olmayan laminasyon katmanlar yerel k r klar önlemek için daha esnek formüle edilebilir.

Polyester dü ük maliyeti ve effaf yap olu turmadaki kabiliyeti ile avantajl iken; çal ma s cakl n n 77 0C den dü ük olmas , k r lganl ve kürlenmede %8’ e varan büzülmesi ile dezavantajl durumdad r. Tablo 1.6 ile ilavesiz isofitalik polyesterin özellikleri verilmi tir.

(30)

Tablo 1.6 Katk s z isofitalik polyester reçine özellikleri (Crystic polyester handbook, Scott Bader, 1994)

Özgül A rl k (gr/cm3) 1,28 Rockwell M ölçek sertli i 110 Barcol sertli i (GYZJ 934-1) 45

Çekme mukavemeti 70 MPa

Bas mukavemeti 140 MPa

Çekme modülü 3,5 GPa

K r lmadaki uzamas % 2,5

Özgül s 2,3 kJ / kgK

Is l iletkenlik 0,2 W / mK

Su emmesi, 20 oC de 24 saat % 0,2 Statik sürtünme katsay s 0,27

1.3.3.2 Epoksi

Epoksi molekül yap s :ekil 1.13 ile gösterildi i gibi; bir oksijen iki karbondan olu ur.

:ekil 1.13 Epoksi reçinenin moleküler yap s .

Epiklorohidrin ile fenol veya aromatik aminlerin tepkimeye girmesiyle bir çok epoksi reçine olu ur. Epoksi üretimi süresince tepkimeye eklenecek sertle tiriciler, plastikle tiriciler ve di er ilave malzemeler ile viskozite, darbe, ekil de i tirme vb. özellikleri iyile tirilmi reçine elde edilebilir.

(31)

Tablo 1.7 Oda s cakl ndaki tipik epoksi özellikleri (Kaw, 1997)

Özgül a rl k 1,28

Young modülü (GPa) 3,792

Maksimum çekme mukavemeti(MPa) 82,74

Epoksi reçinenin avantajlar öyle s ralanabilir: Yüksek mukavemet

Dü ük viskozite, bu sayede lifleri slatma özelli i yüksektir. Kürlenme süresince dü ük uçuculuk

Dü ük çekme oran (boyutsal olarak yüksek kararl l k), bu sayede epoksi ve takviye malzemesine gelecek kesme gerilmesinin artmas önlenir.

Çe itli uygulamalar için yirmiden fazla türde bulunabilir.

Bunca avantajl taraf n n yan s ra epoksi reçinelerin en önemli dezavantajlar yüksek maliyeti ve çal ma ko ullar n n zor olmas d r.

1.3.3.3 Vinyl Ester

Vinyl ester, akrilik gibi tek fonksiyonlu doymam asit ile bisfenol diepokit in tepkimeye girmesi ile haz rlanan doymam reçinedir. Tepkime sonunda olu an polimer, sterin gibi doymam monomer ile kar r.

Performans karakteristi i ve çal mas polyestere benzerdir. Vinyl esterin polyesterden fazla olan maliyetini hakl ç karan; yüksek korozyon direnci, hidrolik kararl l k, darbe ve yorulma dayan m gibi mükemmel fiziksel özellikleridir.

Tekne imalat nda kullan lan reçinelerin mekanik özellikleri Tablo 1.8 ile verilmi tir. Ayr ca :ekil 1.14 ile reçinelerin tekne imalat nda kullan m yüzdeleri verilmi tir.

(32)

Tablo 1.8 Tekne imalat nda kullan lan reçine malzemelerin mekanik özellikleri

(http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/compositematerials/g_composite_ materials.pdf)

Reçine Yo3unluk Çekme Mukavemeti Çekme Modülü Maksimum Uzama Maliyet 1995 gr/cm3 MPa GPa % $/kg Ortofitalik Polyester 1,23 48,3 4,07 1 2,32 sofitalik Polyester 1,21 71,1 3,90 2 2,62 Vinyl Ester 1,12 76 – 83 3,38 4 – 5 3,84 Epoksi 1,20 48 – 76 3,66 5 – 6 8,57

Denizcilik Sektöründe Reçinelerin Kullan m Yüzdeleri

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

Polyester (Gövdede) Polyester (Güvertede) Polyester (Di er k s mlarda) Vinyl Ester (Gövdede) Vinyl Ester (Güvertede) Vinyl Ester (Di er k s mlarda) Epoksi (Gövdede) Epoksi (Güvertede) Epoksi (Di er k s mlarda)

R

e

ç

in

e

:ekil 1.14 Reçinelerin tekne imalat nda kullan m yüzdeleri.

(http://www.oceanica.ufrj.br/ocean/cursosead/materiaiscompositos/compositematerials/g_composite_ materials.pdf)

Tablo 1.8 ve :ekil 1.14 ile görüldü ü gibi yüksek mekanik özelliklerine ra men yüksek maliyeti epoksi reçinelerin kullan m n k s tlamaktad r. Vinyl esterin mekanik

(33)

özelliklerinin epoksiye yak n olmas na ra men, maliyetinin polyesterden fazla olmas kullan m yüzdesini polyesterden a a da olmas na neden olmaktad r.

(34)

26 KAVRAMI

2.1 Problemin Tan7m7

Bu çal ma, tekne imalat nda kullan lan GRP (cam takviyeli plastik) ve PVC sandviç kompozit sisteminin k r lma toklu una, denizel çevrenin etkisini belirlemek amac ile yap lm t r. Numune olarak haz rlanan sandviç sistemler; GRP yüzey, PVC çekirdekten olu mu tur. Yüzey malzemesi 450 g/m2 yo unlu unda cam elyaf ( E-cam ) olup, çekirdek Divinicell H80 malzemedir. Çekirdek ve yüzey malzemesi isofitalik polyester reçine ile birbirine yap t r larak üretilmi tir. Reçine içerisine katalizör olarak Metil Etil Keton Peroksit (MEKP) ve Kobalt Naptanat eklenmi tir. 8malat yap lan 10 adet numuneden 5 adeti denizel ortam n etkini görebilmek için Türk Standartlar Enstitüsü’ nde (TSE) 120 saat boyunca, 50 0C s cakl kta, % 5 NaCl çözeltisinde bekletilmi tir. Daha sonra tüm numunelerin Mod I k r lma toklu u deneyi yap lm ve kuru numuneler ile tuzlu suda bekletilen numunelerin sonuçlar kar la t r lm t r.

Bu tezin konusunu olu turan GRP / PVC sandviç kompozit numuneleri el yat rmas metodu ile üretilmi tir. Bu nedenle el yat rmas metodu ayr nt lar ile ele al nacak, di er imalat yöntemlerine de inilmeyecektir.

2.2 El Yat7rmas7 Metodu

El yat rmas metodu ülkemizdeki küçük tekne imalat nda en s k kullan lan ve maliyet bak m ndan avantajl olan bir imalat eklidir. El yat rmas yöntemi ile imalat kalitesinin ustal a ba l olmas ise dezavantajl yönünü olu turmaktad r.

El yat rmas metodu ile tekne imalat kal p kullan larak yap lan bir imalat yöntemidir (:ekil 2.1). A aç veya metal kal p kullan lacak ise negatif kal p kullan l r iken, köpük kal p kullan lacak ise pozitif kal p kullan l r.

(35)

Yöntemde haz rlanan kal p üzerine öncelikle ilk katman n kal ba yap mas n önlemek amac yla cila sürülür. E er imal edilen malzemenin d yüzeyinin iyi görünmesi isteniyor ise cila tabakas üzerine jelkot malzemesi sürülür. Jelkot üzerine kullan lacak yap t r c f rça veya rulo ile tatbik edilir. 8lk kat takviye malzemesi bu yap t r c üzerine el ile serilir. Serilen takviye malzemesinin üzerine yine yap t r c malzeme rulo veya f rça ile emdirilerek tatbik edilir. 8lk tabaka takviye malzemesi yap t r c yla doyurulduktan sonra ikinci kat takviye malzemesi, ilk kat n üzerine serilir ve yap t r c malzemesi ile doyurulana kadar yap t r c emdirilir. 8mal edilecek parça gerekli kal nl a ula ana kadar kaç kat takviye malzemesi kullan lacaksa ayn ekilde bir biri üzerine yap t rma i lemi devam eder. Kaç kat takviye malzemesinin kullan laca ise imal edilecek malzemenin gerekli mekanik de erlere ula abilmesi için ne kadar kal nl kta imal edilece ine ba l d r, ve önceden hesaplan r. Gerekli kal nl a ula mak için tüm takviye malzemesi katmanlama i lemi bittikten sonra kürlenme i lemi ba lar. Kürlenme i lemi için bekleme süresi ortam s cakl , kullan lan yap t r c türü, yap t r c içine eklenen malzemeler gibi bir çok faktöre ba l olarak de i ebilir. Kürlenme sonras nda malzeme kal ptan ç kar l r.

(36)

2.1.1 GRP / PVC Sandviç Kompozitin )malat

Sandviç kompozitlerin imalat el yat rmas metodu ile yap lm t r. Kullan lan çekirdek malzeme Divinycell HP80 olup mekanik özellikleri Tablo 2.1 ile verilmi tir. Kullan lan takviye malzemesi 450 gr/m2 yo unlu unda cam elyaf (E-Cam ) olup, :ekil 2.2, mekanik özellikleri Tablo 1.4 ile verilmi tir. Takviye malzemesi keçe yap da oldu u için izotropik malzeme özelli i gösterir yani her yönde ayn mekanik de erlere sahiptir. :unu da belirtmek gerekir ki 1 kat 450 gr/m2 yo unlu undaki cam elyaf, polyestere doydu unda 1 cm kal nl k olu turmaktad r. Üretilen numunelerin yüzey malzemesi kal nl 3 cm oldu undan yüzeylerde 3 kat elyaf lamine edilmi tir. Reçine (yap t r c ) malzeme olarak isofitalik s v polyester kullan lm olup mekanik de erleri Tablo 1.9 ile verilmi tir. Ayr ca isofitalik reçine içerisine katalizör olarak Metil Etil Keton Peroksit (MEKP) ve Kobalt Naptanat eklenmi tir, :ekil 2.3.

Tablo 2.1 PVC Divinycell HP80 mekanik özellikleri

( http://www.diabgroup.com/europe/literature/e_pdf_files/ds_pdf/HP_DS_EU.pdf )

Özellikler Birim

Yo unluk1, ISO 845 Kg / m3 80

Bas Mukavemeti2, ASTM D 1621 MPa 1,5

Bas Modülü2, ASTM D 1621 MPa 105

Çeki Mukavemeti2, ASTM D 1623 MPa 2,8

Çeki Modülü2, ASTM D 1623 MPa 100

Kesme Mukavemeti, ASTM C 273 MPa 1,25

Kesme Modülü, ASTM C 273 MPa 28

Kesme :ekil De i tirmesi, ASTM C 273 % 38

1_{Tipik yo unluk de i imi + / - % 10}

(37)

:ekil 2.2 Do ranm cam liflerden yap lm keçe elyaf. (http://drywallmesh.en.alibaba.com/product/50025829/ 50061616/Fiberglass_Woven_Roving/Chopped_Strand _Mat.html)

:ekil 2.3 S v isofitalik polyester.

8lk olarak PVC çekirdek malzemesi haz rlanm t r, ve haz rlan u ad mlarla gerçekle mi tir: 38 mm geni likte 15 mm kal nl kta kesilmesi :ekil 2.4, ve sonras nda 305 mm boyda kesilmesi :ekil 2.5. Böylece çekirdek malzemenin haz rlanmas tamamlanm t r, :ekil 2.6.

(38)

:ekil 2.4 Çekirdek malzemesinin haz rlan .

:ekil 2.5 Çekirdek malzemesinin haz rlan .

:ekil 2.6 Çekirdek malzeme. (Divinycell HP80)

Çekirdek malzeme haz rland ktan sonra, takviye malzemesi ile el yat rmas yöntemi ile laminasyon i lemine s ra gelmektedir. Laminasyon i lemi için öncelikle laminasyon yap lacak zemin üzerine ilk katman n yap mas n önlemek için cila sürülür. Daha sonra zemin üzerine polyester reçine tatbik edilir ve birinci tabaka cam elyaf serilir. Serilen elyaf n üzerine f rça ile polyester emdirilerek elyaf polyestere doyurulur, :ekil 2.7.

(39)

:ekil 2.7 Elyafa polyester uygulanmas .

Numunelerin yüzey kal nl 3 mm oldu undan, 3 kat cam elyaf s ra ile ayn i lemden geçirilerek bir yüzey tamamlan r. Tamamlanan yüzey üzerine, yine polyester sürülerek PVC çekirdek malzemesi yap t r l r, :ekil 2.8.

:ekil 2.8 Çekirdek malzemenin yap t r lmas .

Çekirdek malzemenin yap mas n tamamlamas için kürlenme süresi kadar (yakla k 25 dakika) beklenilmi tir. Kürlenmesini tamamlayan polyester kat la arak yüzeyi ve çekirdek malzemeyi yap t rd ktan sonra kald r lm t r. Hemen akabinde ikinci yüzeyin haz rlanma i lemi ba lam t r. 8kinci yüzeyin laminasyonu ayn

ekilde 3 kat halinde haz rland ktan sonra, bir yüzeyi ile ilk yüzeye yap k durumdaki çekirdek malzemelerin di er yüzeylerine de polyester sürülüp haz rlanan ikinci yüzey üzerine b rak l r ve kürlenme süresi kadar beklenir :ekil 2.9.

(40)

:ekil 2.9 Sandviç kompozitin haz rlan .

Kürlenme süresi sonunda numuneler erit testere ile birbirinden ayr l rlar, :ekil2.10.

:ekil 2.10 Sandviç kompozit numune.

Son olarak haz rlanan sandviç kompozit numunelere uygulanacak olan Mode I çekme deneyi için mente elerin laminasyonu ve 25,4mm ba lang ç k r n n aç lmas i lemi gerçekle tirilir, :ekil 2.11. Mente elerin laminasyonu için yine yüzey malzemesi olan keçe elyaf ve polyester reçine kullan lm t r.

(41)

2.2 K7r7lma Toklu3u Kavram7

K r lma toklu u, malzemenin k r lmaya gösterdi i direnci ve malzemeyi hasara u ratmak için gerekli olan i i gösteren çok önemli bir karakteristik özelliktir. K r lma toklu u gerilme- ekil de i tirme grafi i alt nda kalan alan ile orant l d r. Bilindi i gibi malzemeler k r lgan ve düktil olarak ayr l r, ve tipik olarak :ekil 2.12 ile gösterildi i gibi gerilme- ekil de i tirme grafikleri vard r. Bu iki tür malzemeyi kar la t racak olursak, k r lgan malzemenin yüksek gerilmeye, düktil malzemenin ise yüksek ekil de i tirme özelli ine sahip oldu u görülmektedir. K r lgan malzemeler genelde yüksek gerilme de erlerine sahip olmalar na ra men, statik gerilme de erlerinden daha dü ük gerilme de erlerinde ortaya ç kan ve malzemenin hasar na yol açan k r k ilerlemesine kar hassast rlar. Bu nedenle tasar mc lar genellikle daha dü ük gerilme de erine sahip fakat daha yüksek k r lma toklu una sahip olan düktil malzemeleri tercih ederler.

:ekil 2.12 Gerilme - ekil de i tirme grafi i.1: K r lgan malzeme, 2 Düktil malzeme. (Vasiliev, 2001)

(42)

:ekil 2.13 K r lma toklu u statik mukavemet aras ndaki ili ki. 1: Metalik malzeme, 2: Kompozit malzeme. (Vasiliev, 2001)

Grafikte görüldü ü gibi metalik malzemelerin statik mukavemet de erleri art nda k r lma toklu u de erlerinde dü ü olmaktad r. Kompozit malzemelerde ise bu durumun tam tersi olarak artan statik mukavemet artan k r lma toklu una sebep olmaktad r. Kompozit malzemelerdeki bu fark n nedeni ise hacimsel lif da l m ndan kaynaklanmaktad r, :ekil 2.14. Kompozit malzeme içindeki lif oran art statik mukavemetin art na, ve böylece yorulma mukavemetinin ve k r lma toklu unun art na neden olmaktad r (Vasiliev, 2001).

:ekil 2.14 Boron Alüminyum kompozitte, vf hacimsel lif

da l m n n, statik mukavemete (1), k r lma toklu una (2), ve yorulma mukavemetine(3) etkisi. (Vasiliev, 2001)

(43)

Kompozit malzemelerdeki bu farkl davran n sebebi, kompozit malzemelerin heterojen mikroyap ya sahip olmas , ve özellikle serbest k r k ilerleyi ini s n rlayan lif-matris ara yüzeydir.

2.2.1 K r lma Mekani*i Analizi

Malzemelerin karakteristik özelli i olarak bahsedilen k r lma toklu unun ölçülmesi için literatürde iki farkl yakla mdan bahsedilmektedir. Birinci yakla m 1920 y l nda A. A. Griffith taraf ndan bulunan “Gerilme Büyüklü ü Faktörü” yakla m d r (Dowling, 1998). Griffith analizi orijinal olarak homojen, izotropik malzemeler için geli tirilmi tir. Bununla beraber en büyük dezavantaj , bu yakla m uygulan rken k r k sonundaki gerilme analizine ihtiyaç duyulmas d r. Bu k r k sonundaki bölgenin gerilme analizi de i ik yükleme durumlar nda bir çok k r k geometrisinde gerçekle tirildi i için, anizotropik malzemelerde matematiksel zorluklar nedeniyle k s tl durumlarda yap l r. 8kinci yakla m ise, gerilme büyüklü ü faktörü yakla m na alternatif olan, çok kullan l ve anlamas kolay olan “Aç a Ç kan :ekil De i tirme Enerjisi Oran ” yakla m d r. Bu ikinci yakla m ile izotropik ve anizotropik malzemeler için ayn de erde geçerli sonuçlar elde edilir, ve buradan “aç a ç kan ekil de i tirme enerjisi oran ” yakla m n n, “gerilme büyüklü ü faktörü” yakla m ile de ili kili oldu u anla lmaktad r. Bu nedenle, “aç a ç kan

ekil de i tirme enerjisi oran ” yakla m n n, deneysel ve bilgisayarl k r k ilerlemesi çal malar nda güçlü bir araç oldu u kan tlanm t r (Gibson, 1994).

Bu tez kapsam nda yap lan deneysel çal mada da “aç a ç kan ekil de i tirme enerjisi oran ” yakla m kullan lm t r. Bu nedenle bu yakla m n incelenmesinde yarar vard r.

(44)

2.2.1.1 Aç/'a Ç/kan 0ekil De'i)tirme Enerjisi Yakla)/m/

:ekil 2.15 (a): Tek taraftan çekilen plaka (b): yük-deplasman grafi i. (Gibson, 1994)

:ekil 2.15(a) ile gösterildi i gibi, kal nl k boyunca 2a k r kl do rusal elastik plakan n, tek yönden bir P yükü ile çekildi ini dü ünelim. Yüksüz durumdan art a geçen P yükü, yük deplasman grafi inde, :ekil 2.15(b), do rusal bir art görülmesine neden olur. :imdi burada yük P1, deplasman u1 de erine ula t nda

k r k ilerlemesinin a kadar oldu unu kabul edelim. Bu k r k ilerlemesi yükte P kadarl k dü ü e, deplasmanda ise u kadarl k art a neden olur. K r k ilerlemesinin olu umundan hemen önce, plakada depolanan potansiyel enerji U, :ekil 2.15(b) de OAC üçgenin alan na e ittir. K r k ilerlemesi ile aç a ç kan potansiyel enerji U, :ekil 2.15(b) de OAB üçgeninin alan na e ittir. Artan u deplasman süresince, plakaya yap lan artan i W’ dir ve ABDC yamuk alan na e ittir. Bu durumda Mod I k r k deformasyonu için aç a ç kan ekil de i tirme enerji oran GI, veya k r k

ilerleme alan A ile ili kili olarak ekil de i tirme enerjisindeki de i im oran , öyle tan mlan r (Gibson,1994):

dA dU dA dW A U W G A I = lim₀ = (2.1)

(45)

p u

s = (2.2)

Böylece :ekil 2.15(a) ile verilen plakan n potansiyel enerjisi Denklem (2.3) e e it olur 2 2 1 2 1 sP Pu U = = (2.3) ve A s P A P sP dA dU + = 2 2 1 olur. (2.4)

K r k ilerlemesi boyunca artan i yakla k olarak

) ( u P W = d r (2.5) ve A s P A P Ps sP dA d P A u P A u P A W dA dW A A = = = = + = 2 0 0 lim ( ) lim (2.6)

Denklem (2.4) ve (2.6), Denklem (2.1) de yerine koyulur ise:

A s P G_I = 2 2 bulunur (2.7)

Sabit t kal nl nda bir plaka için A=t a d r ve böylece

a s t P G_I = 2 2 olur (2.8)

(46)

Böylece sistem uygunlu unu, k r k uzunlu unun fonksiyonu olarak çizerek ve uygulanan yük (P) ile ilgili olarak ds/da e risinin e imini bularak, G k r lma _I

toklu unu hesaplayabiliriz. Mod I k r k deformasyonu Pc ve (ds/da)c cinsinden, kritik

aç a ç kan ekil de i tirme enerji oran GIc,:

c c IC a s t P G = 2 2 olur. (2.9)

Deney ile çal ma yapan bilim insanlar n n bak aç s ile bakacak olursak, gerekli bütün parametreler deney numunesi üzerinden ölçülebildi i için malzeme veya k r k gerilme da l m ile ilgili bilgi gerekmemesi Denklem (2.9)’ un en bariz avantaj d r. :unu da eklemek gerekir ki, Denklem (2.9) hem izotropik hem de anizotropik malzemeler için geçerlidir.

Aç a ç kan ekil de i tirme enerjisi oran yakla m n n di er bir önemli avantaj da gerilme büyüklü ü faktörü yakla m ile ili kili olmas d r. Irwin taraf ndan gösterildi i gibi (Gibson, 1994), düzlemsel gerilmeye maruz izotropik malzemelerin Mod I k r k deformasyonu için iki yakla m aras ndaki ili ki:

/ I

I G E

K2 = _dir_(2.10)

Buradan kritik gerilme büyüklü ü faktürü ve kritik aç a ç kan ekil de i tirme enerjisi oran aras ndaki ili ki:

/ IC

IC G E

K2 = _{olur (2.11)}

Bu ili ki kompozit malzemenin GIc (aç a ç kan enerji) de erinden KIc (gerilme

büyüklü ü faktörü) de erini veya tam tersini hesaplamada kullan l r. (2.10) ve (2.11) denklemlerinde _{E olarak görülen de er, numunenin kal nl na göre farkl l k}/

gösterir. Bu farkl l k çok ince olan numuneler için Denklem (2.12) ile, kal nl çok ince olmayan numuneler için Denklem (2.13) ile verilmi tir. Bu iki durum aras ndaki

(47)

fark olu turan, boyuna göre çok ince olan numunelerde z =0 olmas di er durumda ise bu e itli in bozulmas d r.(Perez, 2004). Numune kal nl n n k r lma toklu una etkisi ayr ca :ekil 2.16 ile daha net görülmektedir.

E E/ ₌ _(2.12) = 1 E E/ _(2.13) E: Elastisite modülü : Poisson oran

:ekil 2.16 Numune kal nl n n k r lma toklu una etkisi. (Perez,2004)

2.2.1.2 Mod I K/r/k Deformasyonu Deneyi

K r lma toklu unu ara t rmak için uygulanan çekme deneyinde malzemeyi üç farkl mod ile veya bu modlar n kombinasyonlar ile yüklemek mümkündür, :ekil 2.17. Bu modlardan Mod I, açma modu olarak adland r l r ve k r k yüzeylerin basitçe birbirinden ayr lmas eklinde gerçekle ir. Mod II, kayma modu olarak adland r l r ve k r k yüzeylerin k r yönlendiren kenar n normali do rultusunda birbirleri üzerinde kaymas eklinde gerçekle ir. Mod III, y rt lma modu olarak adland r l r ve k r k yüzeylerin birbirleri üzerinde bu defa k r yönlendiren kenar n normal

(48)

do rultusuna dik olarak kaymas eklinde gerçekle ir. Mod I çekme yükü ile meydana gelirken Mod II ve Mod III durumu farkl do rultulardaki kesme yükü ile meydana gelir.

:ekil 2.17 Temel k r k yüzeyi ilerleme modlar . (Dowling, 1998)

Çal ma ko ullar nda olu an çatlak veya k r k ilerlemesi genellikle bu modlar n üçünün bile imi eklinde görülür. Oysa deneysel çal malarda bu modlar n her biri ayr birer deney ile incelenir. Örne in mühendislikteki k r k problemleri a rl kl olarak çekme gerilmesinden dolay Mod I ile ilgilenmektedir. Mod I delaminasyonu geni lik boyunca kademeler aras bölgenin çekiye olan zay fl n belirgin olarak gösterdi i için çok ilgilenilmektedir (Gibson, 1994). Muhtemelen Mod I deneyi için en fazla kullan lan numune, ilk olarak yap kan ba lar n k r lma analizleri için geli tirilmi ve sonradan katmanl kompozit malzemelerde tabakalar aras k r k için adapte edilmi olan, çift yönlü ankastre kiri numunesidir. Çift yönlü ankastre kiri numunesinde yük, iki taraftan ayn anda birbirine ters yönlerde uygulan r. Bu durumda Mod I k r k aç lmas orta düzlem boyunca gerçekle ir.

Bu tezin konusu olan denizcilikte kullan lan GRP/PVC sandviç kompozit malzemelerin k r lma toklu u Mod I deneyi ile ara t r lm t r.

(49)

41 3.1 Uygulanan Mod I Deneyi

:ekil 3.1 ile ön k r kl Mod I deney numunesi, Tablo 3.1 ile numunenin boyutlar verilmi tir. Üretilen 10 adet GRP/PVC numunesinden 5 adedine, deniz suyunun numuneler üzerindeki etkilerini görebilmek amac yla, öncelikle korozyon testi uygulanm t r. Bunun için numunelerin çekirdek yüzeyleri epoksi boya ile boyan p, numuneler Türk Standartlar Enstitüsünde (TSE) % 5 tuz çözeltisinde 120 saat tutulmu tur.

:ekil 3.1 Ön k r kl Mod I deney numunesi.

Tablo 3.1 Numune Boyutlar

Uzunluk, l Yüzey kal nl , ts Çekirdek kal nl , tc Geni lik, b Ba lang ç

Çatla

305 mm 3 mm 15 mm 38 mm 25 mm

Deneyin yap ld cihaz :ekil 3.2 ile gösterilmi tir. Cihaz Schmadzu AG-50kNG model olup 50kN çekme yükü uygulayabilmektedir. Deney 21 0C s cakl k ve % 50 ba l nem ko ullar nda yap lm t r.

(50)

:ekil 3.2 Deney cihaz .

Deney için cihaz n progranabilirlik özelli inden yararlan lm olup kullan lan program Tablo 3.2 ile verilmi tir. Ayr ca deney cihaz na ba l bilgisayarda deney ile e zamanl yük-deplasman grafi i olu mu tur. Deney cihaz herhangi bir kalibrasyon bozulmas na kar n 10 N luk bir ön yükleme ile programlanm t r, her ad mdan sonra çeneler 10 N luk yüklemeye geri döndü ünde grafik üzerinde kapal alan olu mu tur. Program sekiz döngüden olu maktad r. Sekiz adet döngü için deplasman ad mlar 4 mm, 6 mm, 10 mm, 16 mm, 26 mm, 38 mm, 52 mm ve 70 mm olarak belirlenmi tir. Çene hareket h zlar ilerleme için 4 mm/dk geri dönü de ise 15 mm/dk olarak belirlenmi tir. Her ad m bitiminde geri dönü ba lamadan önce 60 saniyelik bekleme süresi verilmi bu süre içinde numune üzerinden çatlak boyu manuel olarak 0,01 hassasiyetli digital kumpas ile ölçülmü ve not edilmi tir. Bu ad m için yük de erini cihaz kendisi ekran nda göstermektedir.

Tablo 3.2 Mod I deneyinde kullan lan program

Komutlar Parametre Birim

Control Stop Get Data Speed 4 mm/min Up Load>= 10 N _Birin ci D ön gü

(51)

Stop Get Data Up Stroke>= 4 mm Stop Get Data Timer 60 sec Get Data Speed 15 mm/min Down Load<= 10 N Stop Get Data Speed 4 mm/min Up Stroke>= 6 mm Stop Get Data Timer 60 sec Get Data Speed 15 mm/min Down Load<= 10 N Stop 8k in ci D ön gü Get Data Speed 4 mm/min Up Stroke>= 10 mm Stop Get Data Timer 60 sec Ü çü nc ü D ön gü

(52)

Get Data Speed 15 mm/min Down Load<= 10 N Stop Get Data Speed 4 mm/min Up Stroke>= 16 mm Stop Get Data Timer 60 sec Get Data Speed 15 mm/min Down Load<= 10 N Stop D ör dü nc ü D ön gü Get Data Speed 4 mm/min Up Stroke>= 26 mm Stop Get Data Timer 60 sec Get Data Speed 15 mm/min Down Load<= 10 N Stop B e in ci D ön gü Get Data Speed 4 mm/min _Altnc _Dön gü

(53)

Up Stroke>= 38 mm Stop Get Data Timer 60 sec Get Data Speed 15 mm/min Down Load<= 10 N Stop Get Data Speed 4 mm/min Up Stroke>= 52 mm Stop Get Data Timer 60 sec Get Data Speed 15 mm/min Down Load<= 10 N Stop Y ed in ci D ön gü Get Data Speed 4 mm/min Up Stroke>= 70 mm Stop Get Data Timer 60 sec Get Data Speed 15 mm/min S ek iz in ci D ön gü

(54)

Down

Load<= 10 N

Stop Get Data

End

:ekil 3.3 ile deney cihaz na numunenin ba lanma ekli, :ekil 3.4 ile yük-deplasman grafi i örne i gösterilmi tir.

:ekil 3.3 Deney cihaz na numunenin ba lanmas .

(55)

Numunelerin k r lma toklu unun hesaplanabilmesi için bilmesi gereken yük deplasman grafi indeki kapal alanlar n de eri LUCIA 4.51 paket program yard m ile bulunmu tur. Bunun için deney cihaz na ba l olarak çal an bilgisayardan saniyede iki veri alarak çizdi i yük deplasman grafi inin koordinatlar .txt dosyas olarak al n p bu koordinatlar ile Excel paket program nda grafik çizdirilmi tir. Bu grafik LUCIA 4.51 paket program n n kabul edece i bir dosya biçiminde (.jpeg) kaydedilmi tir. Kaydedilen grafik LUCIA 4.51 paket program nda aç ld ktan sonra, her bir kapal alan içinde kalan piksellerin say lmas yoluyla bir alan hesap edilmi tir. Ayr ca grafik üzerinden program kalibre edilip 1kNmm lik alan n gerçekte kaç piksele denk oldu u bulunmu tur. Bulunan bu de er her bir kapal alan için düzeltme faktörüdür. Yani programdan bulunan her bir kapal alan de eri düzeltme faktörü ile çarp larak gerçek de er elde edilir. Örnek olarak yük-deplasman grafi inin verildi i kuru 3. numunenin ilk k r k ad m n n k r lma toklu u hesab gösterilmi tir. Hesapta kullan lan formül (Shivakumar ve Smith, 2004) (Kolat vd, 2006):

c c IC a s t P G = 2 2 = a E b G_c = 1 d r. (3.1)

Burada; Gc: Numunenin kritik k r lma toklu u, b: Numunenin geni li i, E:K r k ilerlemesi ile aç a ç kan enerjiye ba l yük-deplasman grafi i alt nda kalan alan, a: K r k ilerleme miktar d r.

Örnek olarak kuru 3. numunenin ilk döngüdeki k r lma toklu unu hesaplarsak: Numune geni li i b= 38 mm,

Grafik üzerindeki LUCIA paket program ile bulunan ilk alan = 66,87 piksel Düzeltme faktörü = 76 , 445 1 kNmm/piksel 8lk alan n gerçek de eri E1= 66,87*

76 , 445 1 =0,15 kNmm (Joule) K r k ilerleme miktar a= 7,44 mm Gc1= 00744 , 0 15 , 0 038 , 0 1

= 530,560 J/m2 = 0,53056 kJ/m2 bulunur. Kuru 3. numunenin k r lma toklu u ise tüm döngülerin k r lma tokluklar n n ortalamas d r.

(56)

3.2 Deney Sonuçlar7

:ekil 3.5 ile kuru numunenin deneyinden bir örnek görüntü ve :ekil 3.6 ile tuzlu suda bekletilmi numunenin deneyinden bir görüntü örnek olarak verilmi tir.

:ekil 3.5 Kuru numunenin deneyinden bir örnek görüntü.

(57)

3.2.1 Kuru Numunelerin Sonuçlar

Kuru 1. numunenin deneyinden elde edilen yük-deplasman grafi i :ekil 3.7 ile verilmektedir.

:ekil 3.7 Kuru 1. numune yük-deplasman grafi i.

(58)

(59)

Kuru numunelerin her döngü için deney sonuçlar Tablo 3.3 ile verilmektedir.

Tablo 3.3 Kuru numunelerin deney sonuçlar

K7r7lma toklu3u, Gc ( kJ/m2) 1.Döngü 2.Döngü 3.Döngü 4.Döngü 5.Döngü 6.Döngü 7.Döngü 8.Döngü 1. 0 0 0 0,391 0,494 0,588 0,315 0,479 2. 0 0 0,709 0,480 0,427 0,496 0,722 0,517 3. 0,530 0,306 0,173 0,960 0,427 0,493 0 0,828 4. 0,326 0,550 0,412 0,669 0,379 0,446 0,462 0,492 5. 0 0,770 0,578 0,643 - - -

-Kuru numunelerin k r lma tokluklar Tablo 3.4 ile verilmi tir.

Tablo 3.4 Kuru numunelerin k r lma tokluklar ( kJ/m2₎

1. Numune 2. Numune 3. Numune 4. Numune 5. Numune Ortalama Standart Sapma

0,453 0,558 0,531 0,467 0,663 0,534 ± 0,159

(60)

PVC Kuru 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 50 100 150 200 250 Çatlak &lerlemesi (mm) K r lm a T o kl u + u , G c (k J/ m 2 )

G (Hesaplanan Alanlar) Ortalama Standart Sapma :ekil 3.12 Kuru numuneler k r lma toklu u grafi i.

3.2.2. Tuzlu Suda Bekletilmi Numunelerin Deney Sonuçlar

Tuzlu suda bekletilmi 1. numunenin deneyinden elde edilen grafik :ekil 3.13 ile verilmi tir.

:ekil 3.13 Tuzlu suda bekletilmi 1. numune yük-deplasman grafi i.

(61)

:ekil 3. 14 Tuzlu suda bekletilmi 2. numune yük-deplasman grafi i.

(62)

Tuzlu suda bekletilmi numunelerin her döngü için deney sonuçlar Tablo 3.5 ile verilmektedir.

(63)

Tablo 3.5 Tuzlu suda bekletilmi numunelerin deney sonuçlar K7r7lma toklu3u, Gc ( kJ/m2) 1.Döngü 2.Döngü 3.Döngü 4.Döngü 5.Döngü 6.Döngü 7.Döngü 8.Döngü 1. 0,378 0,509 0,388 0,396 0,523 0,504 0,411 0,364 2. 0,378 0 0,730 0,633 0,712 0,656 0,684 0,641 3. 0,266 0,631 0,627 0,423 0,446 0,513 0,377 0,403 4. 0,865 0,258 0,532 0,624 0,499 0,708 0,532 0 5. 0,526 0,376 0 0,653 0,704 0,493 0,973 0,473

Tuzlu suda bekletilmi numunelerin k r lma tokluklar Tablo 3.6 ile verilmi tir.

Tablo 3.6 Tuzlu suda bekletilmi numunelerin k r lma tokluklar ( kJ/m2₎

1. Numune 2. Numune 3. Numune 4. Numune 5. Numune Ortalama Standart Sapma

0,434 0,633 0,461 0,574 0,6 0,540 ± 0,157

Tuzlu suda bekletilmi numunelerin k r lma toklu u grafi i :ekil 3.18 ile verilmi tir.

PVC Tuzlu Suda Bekleyen

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Çatlak &lerlemesi (mm) K r lm a T o kl u + u , G c (k J/ m 2 )

G (Hesaplanan Alan) Ortalama Standart Sapma :ekil 3.18 Tuzlu suda bekletilmi numunelerin k r lma toklu u grafi i.

(64)

Kuru numuneler ile tuzlu suda bekletilmi numunelerin k r lma toklu u kar la t rmal grafi i :ekil 3.19 ile verilmi tir.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 K r lm a T o kl u + u ,G c (k J/ m 2 )

Kuru Tuzlu Suda Bekleyen

:ekil 3.19 Kuru numuneler ile tuzlu suda bekletilmi numunelerin k r lma toklu u kar la t rmal grafi i.

(65)

57

4.1 Numunelerin Mekanik Özelliklerinin Bulunmas7

Analiz için gerekli veri olan numunelerin elastisite modülleri ve Poisson oranlar yap lan çekme deneyi ile bulunmu tur. Yap lan deney sonuçlar Tablo 4.1 ve 4.2 ile verilmektedir.

Tablo 4.1 Kuru numune çekme deneyi sonuçlar

Yük, F (N) Çekme ekseninde Kekil de3iKtirme, T1

(µ)

Çekme eksenine dik Kekil de3iKtirme, T2

(µ)

0 5200 4152 180 5284 4125 260 5338 4108 440 5502 4056 635 5692 3994 790 5864 3938 955 6036 3885 1085 6180 3835 1140 6254 3816 1220 6354 3779 1360 6516 3730

(66)

Tablo 4.2 Tuzlu suda bekleyen numune çekme deneyi sonuçlar

Yük, F (N) Çekme ekseninde Kekil de3iKtirme, T1

(µ)

Çekme eksenine dik Kekil de3iKtirme, T2

(µ)

0 4685 3744 300 4830 3668 500 5012 3612 690 5188 3556 890 5389 3492 1050 5564 3438 1220 5742 3377 1345 5868 3334 1420 5954 3308 1530 6064 3268 1645 6189 3229

Numuneler için ölçülen bu de erlerden yük, deney cihaz n n ekran ndan okunmu , çekme yönündeki ekil de i tirme

T

1 ve çekme yönüne dik ekil

de i tirme

T

2 de erleri ise mikron olarak ayr ca ba lanan straingage göstergesinden

okunmu tur. Uzama miktarlar n n birimsizle tirme için i lem yapmadan önce 10-6 ile çarp lmas gerekmektedir.

Numunelerin elastisite modüllerinin hesab için 10 adet _F ve _T1 de erleri

hesaplan r. _F de eri numune çekme kesit alan olan 0,003*0,038 m2 ile bölünerek _` gerilme de eri bulunur. Bulunan her bir _` ve _T1de eri için E1de eri bulunur.

= ₂ m N A F_n n (4.1) A= 0,003*0,038= 0,000114 m2

(67)

× = 106 ₂ m N E n n n (4.2)

Hesaplanan on adet elastisite modülünün ortalamas al narak numunelerin elastisite modülleri bulunur.

Numunelerin Poisson oran n bulmak için benzer olarak on adet _T1 ve _T2

hesaplan r ve on adet _n bulunur. Poisson oran hesab için bulunan on adet _n de erinin ortalamas al n r.

1 2

=

n (4.3)

Yap lan bu hesaplamalar sonucu kuru numune için ve tuzlu suda bekleyen numune için bulunan elastisite modülleri ve Poisson oranlar Tablo 4.3 ile verilmi tir.

Tablo 4.3 Numunelerin elastisite ve Poisson oranlar

Kuru Numune Tuzlu Suda Bekleyen Numune

Elastisite Modülü (GPa) 9,58 9,56

Poisson Oran 0,321 0,33

4.2 Sonlu Elemanlar Analizi

Sonlu elemanlar analizi Ansys paket program ile yap lm t r. Sonlu elemanlar analizi için seçilen eleman tipi PLANE 82 sekiz dü ümlü elemand r. Analiz için iki boyutlu numune modeli ve uygulanan s n r artlar :ekil 4.1 ve 4.2 ile görülmektedir.

(68)

:ekil 4.1 2D numune modeli.

:ekil 4.2 Numune s n r artlar .

Analiz için çatlak ucu özel olarak tan mlanm ve elemanlara bölünmü tür, :ekil 4.3.

(69)

:ekil 4.3 Çatlak ucu modellenmesi.

Analiz için sonlu eleman modeli 2083 elemana bölünmü ve toplam 5902 dü üm noktas için hesap yap lm t r. Yap lan analizlerde, kuru numune ve suda bekleyen numuneyi ayn ko ullarda analiz etmek ad na, iki numune ayn s n r ko ullar ve ayn say da eleman ve dü üm noktas ile analiz edilmi tir.

4.2.1. Sonlu Elemanlar Analiz Sonuçlar

4.2.1.1 Kuru numune analiz sonuçlar/

Kuru numunenin analiz sonuçlar ndan ekil de i tirme ve gerilme grafikleri :ekil 4.4 ve :ekil 4.5 ile görülmektedir.

(70)

:ekil 4. 4 Kuru numune ekil de i tirme grafi i.