Tasarımda malzeme seçimi (3)

Makina Mühendisi

Polimer matrisli kompozit malzemeler 2. bölüm

GİRİŞ: “YÜKSEK DAYANIM, DÜŞÜK AĞIRLIK”

İlk bölümünü geçen sayımızda, 6.1Cam Elyaf Takviyeli Kompozitler olarak yayınlamıştık. Bültenimizin bu sayısında da “Karbon Elyaf Takviyeli Kompozitler”,” Bor Elyaf”,”Aramid Elyaf/Kevlar ” takviyeli kompozitlerden bahsedilecektir. Her biri derin bilgi ve tecrübe birikimi gerektiren bu konular, elbette burada anlatmaya çalıştığımız kadarıyla yeterli olmayacaktır. Bu konulara ilgi duyan okurlarımızın, tasarımcılarımızın malzeme seçiminde daha derin bir araştırma yapmalarında fayda vardır.

6.2 KARBON ELYAF TAKVİYELİ (Karbon Fiber) KOMPOZİTLER:

Yüksek mukavemet ve tokluk, hafiflik, düşük sürtünme ve termal genleşme katsayısı, korozyon direnci, çekme dayanımı gibi özellikleriyle ön plana çıkmaktadır. Bütün avantajları göz önünde bulundurulduğunda karbon fiber; uçak, uydu, roket, yarış arabası üretiminde kullanılır.

Karbon elyafın dezavantajı ise, karbon yapısından dolayı kırılgan ve diğer elyaflara göre pahalı olmasıdır.

Şekil:19 Karbon fiber genel yapı.

Karbon elyafının havacılık sektöründe kullanım yerleri aşağıda sıralanmıştır:

  • Tüm kuyruk grubunda
  • Motor kaplamalarında
  • Kaplama plakalarında
  • Motor tutucularında
  • İniş takım kapaklarında
  • Hız frenlerinde
  • Kumanda yüzeylerinde
  • Radar konisinde
  • Askeri uçak yapılarında.

Bisiklet çerçevelerinde Bor liflerinin kullanımı, hafiflik, şok emici, esnek ve korozyona karşı dirençli olmasını sağlar. En hafif bisiklet çerçevesini oluşturmak için bor lifiyle birleştirilmiş Karbon fiber kullanılıyor.

Şekil:25 Rüzgâr türbin kompozit kanatları
Şekil:25 Rüzgâr türbin kompozit kanatları

Rüzgâr türbini rotor kanatlarında, cam takviyeli plastik malzemeler en çok tercih edilen kompozit malzeme türüdür.

Bu kompozit malzemeler, türbin kanatlarında hafiflik sağlaması, dayanımlarının, korozyon dirençlerinin yüksek ve üretimlerinin diğer fiber takviyeli plastiklere oranla kolay ve ekonomik olması nedeniyle tercih edilmektedirler.

Karbon fiber takviyeli plastiklerin de rotor kanatlarında sınırlı da olsa kullanımı vardır ve bu kompozit malzemelerin cam takviyeli plastiklere göre daha yüksek dayanım ve hafiflik sağlamalarına rağmen maliyetlerinin yüksek oluşu dezavantajıdır.

C) Aramid Elyaf (Kevlar) (Aromatik Polyamid)

Kevlar,(Du Pont ticari markasıdır), Twaron (Akzo Nobel ticari markasıdır.)

Şekil:26 Kevlar -Aramid Elyafı
Şekil:26 Kevlar -Aramid Elyafı

Cam elyaflı kompozitlere göre %35 daha hafiftir. Kevlar elyafın darbe mukavemeti yüksek, basma mukavemeti düşüktür. Kevlar elyafının en önemli özelliği ise yüksek seviyede darbe, aşınma, yorulma ve kimyasal dayanımının olmasıdır. Bu elyaf, ayni ağırlıktaki çelik malzemeden beş kat daha dayanıklıdır.

Aramid elyafı, kurşun geçirmez yelek, kask, miğfer, tank ve uçak kanat yapısı gibi sağlamlık istenen parçalarda kullanılır. Bunlara motosiklet için koruyucu ekipmanlar örnek olarak gösterilebilir. (Şekil: 26  )   

Ç) KARBON ARAMİD KUMAŞ:

Karbon Kevlar Kumaş, yüksek mekanik dayanım, darbe mukavemeti istenen uygulamalar için idealdir. Karbonun mukavemetini, Aramidin darbe mukavemeti avantajlarını birleştirir.

Kullanım alanları koruyucu kask, modelcilik, havacılık, otomotiv, yat, sportif ekipman, özel tasarım ve kaplama işlerinde kullanılabilir. İki yüksek performanslı takviye liflerinin birleşmesinden oluşan özel görünümü ile mükemmel bir kumaştır. % 61 karbon, %39 Aramid içerir.

Aramid, aşınma ve kırılma direnci sağlarken karbon fiber de sertlik ve yüksek kuvvet direnci sağlar.

Bu özel kumaş, kano, askeri balistik ve ralli arabası gibi yüksek performanslı uygulamaların yanında aşınma ve rijitliğin ön planda olduğu özel tasarımlarda da kullanılabilmektedir. Uçak standartlarına uygun bir malzemedir. El yatırması yöntemine göre işlenebilir.

Kompozit Kumaşın Kesilmesi: Aramid Elyaf Kumaşın normal makaslarla kesilmesi zordur. Bu nedenle kesim için özel Kevlar-Aramid makaslarını kullanmamız gerekecektir. 

D) UYGULAMADAN BAZI ÖRNEKLER:

E) Bor Elyaf:

Üretilmesi en zor ve en pahalı elyafmalzeme türüdür. Karbon elyafına yakın çekme dayanımına sahip olmasına rağmen basma dayanımında, karbon elyafından üstündür. Yorulmaya ve darbeye karşı dayanıklıdır. Kullanım alanlarına havacılık ve uzay sanayi örnek gösterilebilir. (Şekil :29)

F-15 savaş uçaklarının yatay ve dikey kuyruklarının dış kaplamaları Bor- epoksi karma malzeme ile üretilmiştir. Bor fiber ve Bor’lu cam fiber katkılı kompozit malzemeler, sundukları yüksek performans özellikleriyle uzay ve havacılık sektöründe her geçen gün daha da vazgeçilmez bir hale geliyor. Bor fiber, beşinci nesil savaş uçakları, SİHA ve uydu parçalarının yapımında kullanılmaktadır

Şekil: 29 Bor elyafı kullanılmış savaş uçağı örneği
Şekil: 29 Bor elyafı kullanılmış savaş uçağı örneği

Bugün, Bor karbürü üç ana sektörde kullanılmaktadır: havacılık, savunma, elektrik enerjisi depolama cihazları (örnek: piller) ve yüksek sıcaklık seramikleri. Bor Karbürün havacılık endüstrisinde artan önemi, 2350º C üzerinde bir erime noktasına sahip aşırı sıcaklıklara dayanma kabiliyetine ve kalkış aşamasında jet motorlarının içinde çeşitli seviyelerde bulunan erimiş tuzlardan kaynaklanan korozyona karşı mükemmel dirence dayanmaktadır.         

NOT: Uygulama örneklerini gelecek sayıda daha fazla bulabilirsiniz.

Referanslar:

  1. Öğr. Gör. Musa Yılmaz, musa.yilmaz@bozok.edu.tr 
  2. https://www.serdarkorkut.com/2017/01/22/kompozit-malzemeler/
  3. https://tr.wikipedia.org/wiki/Kerpi%C3%A7
  4. Mühendis ve Makina cilt 59, sayı 690, s. 27-44, 2018 / Kompozit Rüzgâr Türbin Kanatlarının Yorulma Ömrüne ve Dayanımına Bağlı Olarak Malzeme Seçimi ve Gelecek Projeksiyonu
  5. https://kompozitkimya.com.tr/kompozit-nedir/
  6. Kompozit Malzemeler, Prof.Dr.Ali Bayat
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Composite_material
  8. https://www.easycomposites.co.uk/cured-composite-materials
  9. https://tr.wikipedia.org/wiki/Bor_fiber
  10. Uçak Gövde ve Yapıları Atölyesi, Ozan Kaya MEB Ders Materyali
  11. Savunma Sanayinde Kullanılan İleri Kompozit Malzemeler ve Uygulama Alanları Erdem ERYILDIZ ve Ayşegül Akdoğan EKER, Yıldız Teknik Üniversitesi, Makina Mühendisliği Bölümü.
  12. Cam Küre Takviyeli Polipropilen Kompozitlerin Delaminasyon Faktörünün İncelenmesi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi / Fatih ÖZKAYA , Fatih ÖZEN , Erdinç İLHAN, Salim ASLANLAR
  13. https://tdefenceagency.com/aesa-radarin-faydalari/
  14. https://bkbmetal.com/sandvic-panel /
  15. https://kompozit.org.tr/tr/dogal-elyafli-kompozitlerin-genel-gorunumu/,Kompozit Sanayicileri Derneği,Ekim 2020
  16. https://metaldunyasi.com.tr/tr/arsiv/2015/52/yeni-nesil-malzeme-metalik-camlar.html
  17. https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/metalik-camlar Dr. Mahir E. Ocak
  18. https://kompozit.org.tr/wp-content/uploads/2017/03/Composites-Turkey-07.pdf
  19. https://www.spmkompozit.com/prepreg
  20. https://www.fafdokum.com.tr/en/project/modelleme/
  21. https://www.spmkompozit.com/
  22. Academia.edu/engineering_Appplications-of-Composite materials
  23. ce.mu.edu.tr/composite_Materials
  24. Kompozit.shop.com
Tanıtımlar
Künye
MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ ADINA SAHİBİ
Ziya Haktan Karadeniz
SORUMLU YAZI İŞLERİ MÜDÜRÜ
Evrim Aksoy
BÜLTEN YAYIN KOMİSYONU SORUMLU YÖNETİM KURULU ÜYELERİ
Burcu Başpişirici
YAYINA HAZIRLAYAN
Orhan Bilikvar
YAYIN TARİHİ
5 KASIM 2024
YÖNETİM YERİ
MMO Tepekule Kongre ve Sergi Merkezi Anadolu Cad. No: 40 K: M2 Bayraklı - İZMİR
Tel: (232) 462 33 33
Faks: (232) 486 20 60
www.mmo.org.tr/izmir
Yerel Süreli Yayın
MMO İzmir Şube yayın organı MMO üyelerine ücretsiz gönderilir.
Gönderilen yazıların yayınlanıp
yayınlanmamasına, TMMOB Makina
Mühendisleri Odası İzmir Şubesi
Yönetim Kurulu karar verir.
Yayımlanan yazılardaki sorumluluk
yazarlarına ilan ve reklamlardaki sorumluluk ilanı veren kişi veya kuruluşa aittir.
Bülten’e gönderilen çeviri yazıların kaynağı mutlaka belirtilir. Gönderilen yazılar, yazarlarına geri verilmez.
Bu web sitesi çerez kullanmaktadır
Sitemizin çalışması için gerekli olan çerezleri kullanıyoruz. Siteyi kullanmaya devam ederek bunları kabul etmiş olursunuz.
Bizi Takip Edin
MMO İZMİR
MMO
TMMOB