Malzeme Bilimi
Öğr. Gör. Habib AKYAZI
Ders İçeriği
Endüstriyel malzemeler
Polimerler
Polimer, karbonun (C) hidrojen (H), oksijen (O),azot (N) ve diğer organik ya da inorganik elementler ile oluşturduğu monomer adı verilen, basit yapıdaki moleküllü gruplardaki bağın koparılarak, polimer adı verilen uzun ve zincirli bir yapıya dönüştürülmesi ile elde edilen malzemelere verilen isimdir.
Örneğin; Etilen bir monomerdir. Bu monomerden oluşturulan polimer olan polietilen ise polimerdir. En çok kullanılan
plastiklerin başında gelir.
Plastikler
Plastikler doğada hazır bulunmaz, doğadaki elementlere insan tarafından müdahale edilmesi ile elde edilir.
Elde edilmesi belli bir sıcaklık ve basınç altında, katalizör kullanılarak monomerlerin reaksiyona sokulması ile olur.
Plastik ilk üretildiğinde toz, reçine veya granül halde olabilir.
Genelde plastikler petrol rafinerilerinde kullanılan ham petrolün işlenmesi sonucu arta kalan malzemelerden elde edilir.
Polimerler
Küçük moleküllerin birleştirilerek uzun moleküller haline getirilmesine polimerizasyon denir.
Polimer molekülünün boyutu büyürken ergime ve yumuşama sıcaklığı artar ve polimer daha sağlam ve katı hale gelir.
Polimerlerin yoğunlukları az ve korozyona dayanımları iyidir, fakat dayanımları ve elastisite modülleri düşüktür.
Polimerlerde sürünme oluştuğu için yüksek sıcaklığa uygun olmayan malzemelerdir. Polimerlerin pek çoğu ucuzdur ve kolayca şekillenebilir.
Polimerler
Polimerler doğal (organik) veya sentetik olabilir.
Kozmetik, şampuan ve diğer saç bakım ürünleri, kontakt lensler, doğa (yengeç kabuğu, kehribar), gıda (protein, nişasta, jelatin, sakız, gluten), plastik (şişeler, oyuncaklar, vinil kaplamalar,
ambalajlar) kumaş, top, ayakkabı ve DNA’mızda bile yer almaktadır.
Polimer Çeşitleri
1. Termoplastikler
• Amorf veya kristal yapı formlarını alabilir.
• Termoplastiklerde uzun zincirli moleküller doğrusal bağlanma biçiminde bulunurlar, ancak ikincil Van Der Waals kuvvetleri (ikincil bağlar) ile birbirlerine
bağlanırlar.
• Birbiri üzerinde hareket ederek viskoz bir sıvı oluşturur.
• Termoplastikler eritilerek kolayca geri dönüştürülebilirler.
2. Termosetler
Plastiklerde uzun zincirli moleküller, çapraz bağ ile amorf bir ağ içerisinde bulunur. Bu, uzun molekül zincirlerinin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı
anlamına gelir. Bu çapraz bağların oluşumu kür olarak bilinir.
Çapraz bağlama, moleküler zincirleri yerlerine yerleştirir ve bu nedenle, bir termoset plastik yeniden eritilemez.
Termoset polimerleri sadece amorf haldedir.
3. Elastomerler
Elastomerlerde uzun molekül zincirleri zaman zaman
çapraz bağlanarak amorf doğrusal bağlanma şeklindedir.
Oda sıcaklığında, zincirlerin uyarma seviyesi ikincil Van Der Waals bağlarını aşmıştır, ancak yapıda bulunan
çapraz bağlar deformasyonun ardından elastomerin orijinal haline geri döndürülmesini sağlar.
a) Amorf b) Yarı Kristalin
Amorf polimerler iyi uzama, tokluk ve darbe dayanımı gösterirler. Amorf polimerler artan sıcaklıkla doğrusal bir yumuşama gösterirken, yarı kristalin polimerler ani bir şekilde ergirler.
%100 kristalin bir polimer üretmek mümkün değildir (maksimum%98).
Kristallik arttıkça yoğunluk ve solvent direncinin yanında dayanım, rijitlik, sürünme dayanımı ve yüksek sıcaklık dayanımı artarken, tokluk düşer.
Yarı kristalin polimerler opak yada yarı saydam iken bütün saydam polimerler amorftur.
Kompozitler de matris olarak kullanılan polimerler genellikle
%20 ile %35 arasında kristallik derecesine sahiptir.
Termosetler ve Termoplastiklerin Karşılaştırılması
Termosetler ve Termoplastiklerin Karşılaştırılması
Polimerlerin kullanım alanları
Hem doğal hem de sentetik polimerler, insan hayatının rahatlığı ve kolaylaştırılmasında dikkate değer bir
şekilde yer alır ve bilişim teknolojileri, ilaç, beslenme, iletişim, ulaşım, sulama, konteyner, giyim, kayıt tarihi, binalar, otoyollar vb. alanlarda direkt olarak yaşamın kendisinden sorumludur.
Sentetik ve doğal polimerler olmadan insan toplumunun hayali zordur.
Polimerlerin kullanım alanları
1. Giyeceklerimiz: Yaşamımızın her alanında kullandığımız
eşyalarımız, giydiğimiz elbiselerimiz, ayakkabılarımızın tümü polimer bir malzemeden yapılmış olduğunu hiç düşünmemiş olabiliriz. Örneğin, yürüyüş botlarının pek çoğunun
altı poliüretandan yapılmış olmakla birlikte bir kısmında ise PVC’ye rastlanabilinir. Ayrıca yukarıda bahsettiğimiz gibi
günlük hayatta giydiğimiz elbiselerinde pek çoğu yün pamuklu (Selüloz) doğal polimerik maddelerden veya sunni yollarla elde edilmiş poliakrilonitril gibi ürünler kullanılmaktadır.
Polimerlerin kullanım alanları
2. Ambalaj koruma ve bazı ürünler: Paketlemede
kullanılan malzemelerin çoğu polimerik malzemelerden hazırlanır. Bu malzemelerin bazıları naylon olduğu gibi bazıları polipropilenden, polyesterden veya polietilende n yapılmıştır. Mesela, çocuk pedlerinde su sızdırmaz polietilen veya doğal kauçuk kullanılır. Saç
spreylerinde ise ; polivinilprolidondan yararlanılır.
Polimerlerin kullanım alanları
3. Ev yapı malzemeleri: PVC borular evlerdeki su tesisatının en önemli elemanlarıdır. Evlerimizde bulunan elektrik
tesisatındaki bakır teller dışındaki hemen her şey polimerik malzemelerden yapılmıştır.
4. Taşımacılık: Modern bir otomobilde; lastikler, lastik fiberleri döşemeler ve boya hariç yaklaşık 150 kg polimer madde
kullanılır. Ayrıca polimer malzemelerin hafif ve dayanıklı
olması nedeniyle de uçaklarda da yakıttan tasarruf amaçlı metal kullanımının azaltarak polimer kullanımının arttığını
gözlemlemekteyiz.
Genel olarak polimer deyince kullanım yerlerine göre aşağıdaki malzemeler akla gelir.
Polimerlerin genel özellikleri
Genel olarak elastomer deyince kullanım yerlerine göre aşağıdaki malzemeler akla gelir. Elastomer, elastiklik
özelliğine sahip polimerdir
Elastomerlerin genel özellikleri
PLASTİKLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ
Hafiflik (özgül ağırlığı 0.82 – 2.10),
Düşük elektriksel iletkenlik (elektrik yalıtım malzemesi olarak uygundur),
Düşük ısı iletkenlik,
Renk seçeneği (şeffaftan opağa kadar değişen optik özellikler),
Kimyasal maddelere dayanıklılık (UV ışıktan korunduğu takdirde inorganik asitlere, tuzlara, bazlara, tatlı,tuzlu ve pis su etkisine dayanıklılık sağladığı için ideal bir altyapı malzemesidir),
Düşük su emme,
PLASTİKLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ
Yanmama veya yanarken sönme özelliği (selüloz nitrat dışında). Buna karşılık yangın durumunda zehirli gaz etkisi ortaya çıkabilir,
Kolay imalat ve işlenebilirlik (örneğin imalat sırasında plastiklerin içine metal parçalar gömülebilir veya
matkapla vb. aletle delik açılıp, kesilebilir).
Kompozit
Malzemeler
Kompozit Malzemeler
Tanım:
En az 2 farklı malzemenin birbiri içerisinde fiziksel olarak karıştırılmasıyla elde edilen yeni malzemelere kompozit malzemeler denir.
Fiziksel karışım!
Kompozit malzemeler alaşım değildir. Bileşenler arasında atom alış verişi bulunmamaktadır. Yani, kimyasal olarak birbirlerini etkilemezler. Eğer bileşenler birbiri içerisinde çözünüyor ise bu malzemelere alaşım denir.
Kompozit Malzemeler
En az 2 farklı malzeme!
Kompozit malzemeler genel olarak ‘matris’ adı verilen bir ana bileşen ve ‘takviye elemanı’ adı verilen bir başka bileşenden oluşur.
Amaç:
Tek bir malzeme ile elde edilemeyen mekanik
(dayanım,toklukv.b.) ve/veya fiziksel (elektrik iletkenliği, termal iletkenlik v.b.) özelliklerin geliştirilmesi ve bir araya
getirilmesidir.
Çelik, Alüminyum ve Kompozit Malzemelerin Karşılaştırılması
Kompozit Malzemeler
Kompozit Malzemeler
Kompozit Malzemelerin Sınıflandırılması
Kompozitlerin Kullanım Alanları
Kompozit Takviyeli Betonlar
Karbon fiber takviyeli polimer (CRFP) matrisli kompozitler levha, film vb gibi çeşitli şekillerde değişik inşaat uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kolaylıkla uygulanabilen CRFP kullanılarak:
Yapıların nihai dayanımları arttırılır, Yapıların rijitliği artar, Herhangi bir ağırlık ya da boyut artışı meydana gelmez,
Oksidasyon engellenebilir, Yapını kullanım ömrü artar.
Kompozit Takviyeli Betonlar
Kompozit Takviyeli Betonlar
Kompozit Takviyeli Betonlar
Kompozit Takviyeli Betonlar
Havacılık – Uzay Araçları Uygulamaları
Havacılık – Uzay Araçları Uygulamaları
Uçak uzay sanayisinde gelişmiş polimer matrisli kompozit malzemeler kullanılarak alüminyum yapılara kıyasla %25-40 arasında ağırlık
düşüşü sağlanır. Bu da, kg başına 50 ila 500 $ tasarruf sağlamaktadır.
Kompozit malzemelerin yapı malzemeleri olarak kullanım oranını arttırmak için:
Kompozit üretim maliyetleri (toplam maliyetin %70’i) düşürülmeli
Otomatize üretim tekniklerinin yaygınlaştırılması
Hasar tespiti zor olan malzemelerde dayanımın/tokluğun arttırılması
Tamir/onarım işlemlerinin kolaylaşması
Havacılık – Uzay Araçları Uygulamaları
C-C kompozitleri ile yapılan frenler düşük termal genleşme, iyi termal iletim ve sürtünme katsayıları ile yüksek
performansa sahiptir.
Havacılık – Uzay Araçları Uygulamaları
Uzay araçlarında ağırlık oldukça önemli olduğu için mümkün olan her parçada kompozitler kullanılmaktadır. Örneğin, itici gaz tankları karbon fiber takviyeli PEEK matrisli kompozitlerden yapılırken, gaz çıkış nozılları karbon fiber takviyeli fenolik reçinelerden ya da
karbon-karbon kompozitlerden yapılmaktadır.
Havacılık – Uzay Araçları Uygulamaları
Spor Ekipmanları
Gemicilik Uygulamaları
Otomotiv Uygulamaları
Fonksiyonel Kompozitler
- Termal uygulamalar
- Elektriksel uygulamalar - Termoelektrik uygulamalar - Elektromanyetik uygulamalar - Optik uygulamalar
- Dielektrik uygulamalar - Manyetik uygulamalar
- Elektrokimyasal uygulamalar - Biyomedikal uygulamalar - Titreşim emilimi
- Akıllı malzeme uygulamaları
Kaynaklar
Şahin S., Malzeme Seçiminin Önemi ve Mühendislik Malzemeleri
Bülent Aktaş, Makine Mühendisliğinde Malzeme Seçimi, Harran Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Şanlıurfa
Çağlar YALÇINKAYA, Yapı malzemesi I Ders Notları, Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
Ahmet Aran , Malzeme Bilgisi Ders Notları, İstanbul Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi
Prof. Dr .Mehmet Zor Kompozit Malzemeler Ders Notları, Dokuz Eylül Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü
Bartın Üniversitesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Ders Notları, Kompozit Malzemeler
https://malzemebilimi.net/polimer-nedir-polimer-cesitleri-nelerdir.html
http://kompozithayalleri.com/matris-nedir/
Hayri Yalçın, Metin Gürü (2002). Malzeme Bilgisi. Palme Yayıncılık, Ankara.
Baradan, B. (2011). Malzeme Bilgisi.DEU Mühendislik Fakültesi Yayınları, İzmir.
Kocataşkın, F. (1975). Yapı Malzemesi Bilimi. Birsen Kitabevi Yayınları.
