Yapı Malzemesi

Kompozit Malzemeler

İki veya daha fazla malzemenin, iyi özelliklerini bir araya toplamak ya da ortaya yeni bir özellik çıkarmak için, mikro veya makro seviyede heterojen karışımıyla oluşan malzemeye Birleşik veya Kompozit Malzeme denir.

İlk modern sentetik plastiklerin 1900’lerin başında geliştirilmesinin ardından, 1930’ların sonunda plastik malzemelerin özellikleri diğer malzeme çeşitleri ile boy ölçüşür düzeyde gelişmeye başlamıştır. Kolay biçim verilebilir olması, metallere oranla düşük yoğunlukta olması, üstün yüzey kalitesi ve korozyona karşı dayanımı plastiğin yükselmesindeki en önemli özelliklerdir. Bir çok üstün özelliğinin yanı sıra sertlik ve dayanıklılık özelliklerin düşük olması plastik malzemelerin güçlendirilmesi için çalışmalar yapılmasına neden olmuştur. Bu eksikliğin giderilmesi amacıyla 1950’lilerde polimer esaslı kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Kompozitler, özellikle polimer kompozitler yüksek mukavemet, boyut ve termal kararlılık, sertlik, aşınmaya karşı dayanıklılık gibi özellikleriyle pek çok avantajlar sunarlar. Ayrıca kompozit malzemeler dayanıklılık ve sertlik yönünden metallerle yarışabilecek olmasına rağmen çok daha hafiftirler.

Kompozit malzemeler reçine (Matriks) ve takviye (Reinforcement) bileşenlerinden oluşur. Kompozitler temel olarak kalıp görevi gören reçine içine gömülmüş sürekli veya kırpılmış elyaflardan oluşmaktadır. Bu bileşenler birbirleri içinde çözülmezler veya karışmazlar. Kompozit malzemelerde elyaf sertlik, sağlamlık gibi yapısal özellikleri, plastik reçine malzemesi ise elyafın yapısal bütünlüğü oluşturması için birbirine bağlanması, yükün elyaf arasında dağılmasını ve elyafın kimyasal etkilerden ve atmosfer şartlarından korunmasını sağlar.

Kompozit türleri

Kompozit malzemelerde kullanılan matrisler, polimerlerden (termosetler ve termoplastikler) metal ve seramiklere kadar değişmektedir. Polimerler düşük yoğunluklu göreceli olarak düşük dayanıklılıktadır. Başlıca polimer matris malzemeleri polyester, epoksi, fenol ve vinil esterdir.

Kompozit malzemelerde takviye amacıyla kullanılan elyaflar

1. Doğal elyaflar (artık yerlerini sentetik elyaflara bırakmışlardır),
2. Sentetik, organik elyaflar; Naylon, aramid (düşük yoğunluklu ve güçlü elyaflardır,
3. Sentetik inorganik, elyaflar ; Cam, karbon, boron vb.

Kompozit Malzemelerin Genel Avantajları

1. Hafif olması geniş bir kullanım alanı sağlar,
2. Hafif olmalarından dolayı ‘elle ya da basit aletlerle’ kolay uygulama olanakları vardır,
3. Hafif olmasından dolayı nakliye giderleri düşüktür,
4. Üretim düşük iş gücü ile yapılabilir,
5. Kolay kesilebilir ve işlenebilir,
6. Karmaşık geometriye sahip şekiller bile kolaylıkla bir kalıba enjekte etmek suretiyle üretilebilirler,
7. Üretim kolaylığının getirdiği, gün geçtikçe düşen maliyetleriyle, metallerle sıkı bir yarış halindedir,
8. Birleştirme işlemleri metallerde olduğu gibi cıvata, vida, kama v.b. pek çok bağlama elemanı yerine yapıştırma işlemi ile parça sayılarında önemli azalmalar sağlanır,
9. Metal ve seramiklere göre düşük yoğunluk ve dayanım/yoğunluk oranı da yüksektir,
10. Yorulma ve darbe dayanımı yüksektir,
11. Yüksek korozyon direncine sahip olması,
12. Düşük ısı iletkenliğine sahip olması,
13. Kimyasallara karşı yüksek direnç göstermesi,
14. İyi elektrik yalıtkanlığına sahip olması,
15. Hacimsel bazda polimer üretimi için metallerden daha az enerjiye ihtiyaç duyması,
16. Harklı mekanik özellikler elde etmek için farklı katmanlardan ve farklı kombinasyonlarla CTP ler üretilebilir,
17. Yüksek aşınma mukavemetine sahiptirler,
18. Uzun yıllar bakım ve boya gibi ek bir hizmete ihtiyaç duymazlar,
19. Elektromanyetik alan oluşturmaması nedeni ile radyo ve mikro dalga frekanslarını etkilemezler,
20. Isıya bağlı uzamaları minimumdur,
21. Üretim hızı genel olarak 0,6m – 1,2m/dak. olup çekilen parça eğer uygun bir yapıya sahip ise 3m/dak. gibi yüksek bir hızla üretilmesi mümkündür,
22. Bazı plastiğin ışığı geçirmesi yani saydamlık özelliklerinin de olması cam ile rekabet etmesini da sağlamaktadır,
23. Karmaşık parçaların tek olarak üretilebilmesinden dolayı parça sayısının azalmasını sağlarlar. Böylece ara birleştirme detay ve parçalarının azalmasıyla üretim süresi kısalmaktadır,

 Kompozit Malzemelerin Genel Dezavantajları

1. Hammaddenin pahalı olması; Uçaklarda kullanılabilecek kalitede karbon elyafının bir metrekarelik kumaşının maliyeti yaklaşık 50 $ ’dır,
2. Lamine edilmiş kompozitlerin özellikleri her zaman ideal değildir, kalınlık yönünde düşük dayanıklılık ve katlar arası düşük kesime dayanırlık özelliği bulunmaktadır ,
3. Malzemenin kalitesi üretim yöntemlerinin kalitesine bağlıdır, standartlaşmış bir kalite yoktur,
4. Kompozitler kırılgan (gevrek) malzeme olmalarından dolayı kolaylıkla zarar görürler, onarılmaları yeni problemler yaratabilir,
5. Malzemelerin sınırlı raf ömürleri vardır. Bazı tür kompozitlerin soğutularak saklanmaları gerekmektedir.,
6. Sıcak kurutma gerekmektedir.

Kompozit Malzemelerin Çeşitleri

1. Daneli Kompozitler

İrili ufaklı tanelerin bir bağlayıcı madde ile çepeçevre sarılmasıyla meydana gelen kompozittir. Kum, çakıl ve çimentodan oluşan beton ve yine beton agregalarının bitümle bağlanması sonucu elde edilen asfalt gibi.

2. Lifli Kompozitler

Fiberler, boylarına nispetle çapları çok küçük olan malzemelerdir. Bunları dilimizde “lif’ çoğul olduğunda “elyaf’ diye adlandırırız. Malzemenin mekanik mukavemetini arttırmak, gevrek kırılmasını önlemek için lifler ve çubuk şeklinde donatılarla asıl malzeme (matris) takviye edilerek oluşturulan sistemlere de lifli Kompozitler denir. (Betonarme, kerpiç ve konumuzu ilgilendiren fiber malzemelerle güçlendirilmiş polimerler matrisleri gibi). Bu tür Kompozitler de liflerin yük taşıma. kapasitesi matrisinkinden daha yüksek olmalıdır. Matris ise liflere (donatıya) iyi şekilde yapışmalı,yük transferini sağlamalı, kırılgan (gevrek) olmamalı ve lifleri zararlı etkilerden korumalıdır.

3. Tabakalı kompozitler

Aynı cins ve daha başka cinsten parçaların lehim tutkal gibi metodlarla birbirine eklenerek istenilen şekil veya boyutlarda yeni parçaların elde edilmesidir.(şekil 3.2)Kontrapılaklar ve çelik plakalarla ahşap plakaların birleşiminden oluşan malzemeler bu gruba girer.