Yapı Malzemesi

Kompozit Malzemeler

Mühendisler, iki veya daha fazla malzemeyi bir araya getirerek yeni özelliklere sahip kompozit malzemeler üretir. Başka bir deyişle, bu malzemeler mikro veya makro seviyede heterojen karışımla oluşur. Amaç, her malzemenin en iyi özelliklerini bir araya toplamak ya da tamamen yeni özellikler kazandırmaktır.

Kompozit Malzemelerin Tarihçesi

1900’lerin başında bilim insanları ilk modern sentetik plastikleri geliştirdi. Ardından, 1930’ların sonuna doğru plastikler diğer malzemelerle rekabet edebilecek düzeye ulaştı.

Plastiklerin:

• Kolay biçim alabilmesi,

• Metallerden daha düşük yoğunlukta olması,

• Korozyona dayanıklılığı,

• Üstün yüzey kalitesi

onların hızla yükselmesine yol açtı. Ancak, sertlik ve dayanıklılıklarının düşük olması, araştırmacıları plastikleri güçlendirmeye yöneltti. Sonuç olarak, 1950’lerde polimer esaslı kompozit malzemeler geliştirildi.

Bugün, polimer kompozitler yüksek mukavemet, termal kararlılık, sertlik ve aşınma direnciyle öne çıkar. Üstelik, metaller kadar dayanıklı olmalarına rağmen çok daha hafiftirler.

Kompozit Malzemelerin Yapısı

Kompozit malzemeler iki ana bileşenden oluşur:

1. Reçine (matris) → Kalıp görevi görür ve elyafları bağlar.

2. Takviye (elyaf) → Sertlik ve dayanıklılığı sağlar.

Mühendisler, reçinenin içine sürekli veya kırpılmış elyaflar gömer. Böylece, elyaf yapısal özellikleri (sertlik, dayanım) sağlarken, reçine yük dağılımını gerçekleştirir ve elyafı dış etkilere karşı korur.

Kompozit Türleri

Araştırmacılar, kompozit malzemeleri kullanılan matris türüne göre sınıflandırır:

• Polimer matrisler: Polyester, epoksi, fenol, vinil ester.

• Metal matrisler

• Seramik matrisler

Kompozitlerde Kullanılan Elyaf Türleri

Üreticiler, kompozit malzemelerde farklı elyaf çeşitlerini kullanır:

• Doğal elyaflar (günümüzde yerini sentetik elyaflara bırakmıştır),

• Sentetik organik elyaflar (naylon, aramid → hafif ve güçlü),

• Sentetik inorganik elyaflar (cam, karbon, bor).

Kompozit Malzemelerin Avantajları

Kompozitler, pek çok üstün özelliğe sahiptir. Örneğin:

• Hafiftirler ve bu sayede nakliye maliyetini düşürürler.

• Kolay işlenir ve karmaşık geometrilerde bile üretilebilirler.

• Yüksek korozyon direncine sahiptirler.

• Kimyasallara karşı dayanıklıdırlar.

• İyi elektrik yalıtkanlığı sağlarlar.

• Yüksek yorulma ve darbe dayanımı sunarlar.

• Uzun yıllar bakım gerektirmezler.

• Elektromanyetik alan oluşturmaz, radyo dalgalarını etkilemezler.

Sonuç olarak, bu özellikler kompozitleri metallerle ciddi bir rekabete sokar.

Kompozit Malzemelerin Dezavantajları

Her malzeme gibi kompozitlerin de sınırlamaları vardır:

• Hammaddeleri pahalıdır (örneğin uçaklarda kullanılan karbon elyaf kumaşı m² başına yaklaşık 50 $’dır).

• Katmanlar arası dayanıklılık zayıf olabilir.

• Üretim yöntemleri kaliteyi doğrudan etkiler, standartlaşma düşüktür.

• Kırılgan yapıları onarımı zorlaştırır.

• Raf ömürleri sınırlıdır, bazı türleri soğukta saklanmalıdır.

Kompozit Malzeme Çeşitleri

1. Daneli Kompozitler

Mühendisler, farklı boyutlarda taneleri bir bağlayıcıyla birleştirerek daneli kompozitler üretir. Örneğin, kum–çakıl–çimentodan oluşan beton ve bitümle bağlanmış agregalardan oluşan asfalt bu gruba girer.

2. Lifli Kompozitler

Üreticiler, malzemenin mukavemetini artırmak için içine lifler ekler. Böylece, gevrek kırılma önlenir. Betonarme, kerpiç ve polimer esaslı fiber takviyeli malzemeler bu gruba örnektir.

3. Tabakalı Kompozitler

Mühendisler, aynı veya farklı türden parçaları yapıştırarak tabakalı kompozitler üretir. Örneğin, kontraplaklar ya da çelik plakalarla ahşap plakaların birleşimi bu türdendir.

Sonuç

Sonuç olarak, kompozit malzemeler hafiflik, dayanıklılık, korozyon direnci ve kolay işlenebilirlik özellikleriyle modern inşaat ve sanayide önemli bir yere sahiptir. Bununla birlikte, maliyet ve üretim zorlukları onların kullanımını sınırlayabilir.

Özetle, gelecekte teknolojinin gelişmesiyle kompozitlerin daha yaygın ve ekonomik hale gelmesi beklenmektedir.

Kaynak:

Sarbıyık, M. (2010). Kompozit Malzemeler [PowerPoint slayt]. Sakarya Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğitimi Bölümü Ders Notu