Ana sayfa   Sponsorlarımız:
         
     
Rapor - Makale > Plastik Teknolojisi > Polimer esaslı kompozit malzemeler ve ürün tasarımında kullanımları:

1 Polyester;

Özellikle denizcilik ve inşaat alanında en çok kullanılan termoset reçinedir. Kompozit malzemelerde kullanılan 2 tür polyester reçine vardır; daha ekonomik olan ortoftalik ve suya dayanım gibi daha iyi özelliklere sahip olan isoftalik polyester. Polyester reçinelerini polimerizasyon süreçlerinin tamamlaması için katalizör ve hızlandırıcı olarak adlandırılan ek maddelere ihtiyaç duyarlar. Türkiye'de Cam Elyaf A.Ş. nin yanısıra Boytek Reçine, Boya ve Kimya Sanayi Ticaret A.Ş. gibi firmalar da genel amaçlı kullanımlar için polyester üretmektedir.
Reçinelerin avantaj ve dezavantajları;

o Kolay kullanım
o Çok düşük maliyet, 0.5 - 1 $/kg
? Sertleşme sırasında yüksek oranda çekme
? Zehirli Sitiren gazı yayma
? Orta mekanik özellikler
? Kısa raf ömrü
2 Epoksiler; geniş kullanım alanına sahiptirler. (prepregs olarak) havacılık, spor, ulaşım, askeri ve deniz araçları elemanları.
o İyi mekanik özellikler
o Suya dayanım
o Islakken 140ºC, kuruyken 220ºC 'ye kadar ısı dayanımı
o Sertleşme sırasında düşük oranda çekme
? Yüksek maliyet, 5 - 25 $/kg
? Cilde aşırı zararlı
? Doğru karışım son derece önemli (Hayati)
3 Vinil ester;
o Son derece yüksek kimyasal/çevresel dayanım
o Polyesterden daha yüksek mekanik özellikler
? Aşırı sitiren içermesi
? Polyesterden daha pahalı, 4 - 7 $/kg
? İyi özellikler için ikincil kür işlemi gerekir.
? Sertleşme sırasında yüksek oranda çekme
4 Bismaleimid (BMI); Uçak motorlarında ve yüksek ısıya maruz kalan parçalarda kullanılır
o Son derece yüksek ısı dayanımı, Yaşken 230°C, kuru halde 250°C
? Çok yüksek maliyet, 80 $/kg
5 Fenolikler; Ateşe dayanım ihtiyacı olan yerlerde kullanılır. Kür işleminin buharlaşma özelliği hava boşlukların oluşmasına ve yüzey kalitesinin düşmesine neden olur. Uçakların iç bölümlerinde, deniz araçlarının motorlarında ve demiryollarında kullanılır.
o Yüksek ateş dayanımı
o Düşük maliyet, 4 - 8 $/kg
? Yaş halde son derece zararlı
? Oldukça kırılgan
? Düşük yüzey kalitresi
6 Silikon;
o Yüksek ateş dayanımı
o Yüksek ısılarda ürün özelliklerini koruyabilme
? Kür işlemi için yüksek ısı gereklidir
? Malityeti 30 $/kg'dan az

7 Cynate Esters; Esas olarak uçak endüstrisinde kullanılır. Mükemmel yalıtkanlık özelliğine sahiptir. Yaş durumda 200ºC'ye kadar dayanımı vardır.
8 Poliimidler
9 Poliüretan

Termoplastik Matrisler;

Termoplastik polimerlerinin çeşitlerinin çok fazla olmasına rağmen matris olarak kullanılan poılimerler sınırlıdır. Termoplastikler düşük sıcaklıklarda sert halde bulunurlar ıstıldıklarında yumuşarlar. Termosetlere göre matris olarak kullanımları daha az olmakla birlikte üstün kırılma tokluğu, hammaddenin raf ömrünün uzun olması, geridönüşüm kapasitesi ve sertleşme prosesi için organik çözücülere ihtiyaç duyulmamasından dolayı güvenli çalışma ortamı sağlaması gibi avantajları bulunmaktadır. Bunun yanısıra şekil verilen termoplastik parça işlem sonrası ısıtılarak yeniden şekillendirilebilir. Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastik soğutucu içinde bekletilmeden depolanabilir. Termoplastikler yüksek sertlik ve çarpma dayanımı özelliğine de sahiptirler. Yeni gelişmelerle termoplastiğin sağladığı bu artı değerleri son dönem termoset matrislerinden 977-3 Epoksi ve 52450-4 BMI reçineleri de sağlamaktadırlar.

Termoplastiklerin kompozit malzemelerde matris olarak tercih edilmemelerinin başlıca nedeni üretimindeki zorlukların yanısıra yüksek maliyetidir. Oda sıcaklığında düşük işleme kalitesi sağlarlar, bu onların üretimde zaman kaybına yol açmasına neden olur. Bazı termoplastikleri istenilen şekillere sokabilmek için çözücülere ihtiyaç duyulabilir. Termoplastikler termosetlere kıyasla hammaddesi daha pahalıdır.


Devamlı kullanım sıcaklıkları 60ºC ile 245ºC arasında değişebilen termoplastik reçine çeşitleri bulunmaktadır.

Tablo 2. Belli başlı termoplastik reçineleri ve işlem ısıları (Azom)

Malzeme
Erime sıcaklık aralığı (°C)
Maksimum işlem sıcaklığı (°C)
PP
160-190
110
PA
220-270
170
PES- poli eter sülfon
-
180
PEI- polieterimid
-
170
PAI- poliamid imide
-
230
PPS- polfenilen sulfit
290-340
240
PEEK- polieter eter keton
350-390
250

Başlangıçta amorf yapılı reçinelerden polietersulfon (PES) ve polieterimid (PEI) matris olarak kullanılmaktaydı. Sonraki dönemde ise havacılık sektörü uygulamaları için çözücülere karşı dayanım önemli bir kriter olarak ortaya çıkmıştır. Bu ihtiyaç sonrasında Polietereterketon (PEEK) and Polifenilen sulfid (PPS) gibi yarı-kristal yapılı plastik malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca sınırlı oranlarda Poliamidimid (PAI) ve Poliimid gibi plastiklerde kullanılmaktadır. Bu polimerler diğer termoplastiklerden farklı olarak polimerizasyonlarını kür aşamasında tamamlarlar. En yoğun çalışmalar ise PA, PBT/PET ve PP gibi düşük sıcaklıklarda kullanılan polimerlerin üzerine yapılmıştır. Tüm bu polimerlerin haricinde ABS, SAN, SMA (StirenMaleikAnhidrit), PSU (Polisülfon), PPE (Poifenilen Eter) matris olarak kullanılır.

Termoplastik reçineler malzemenin çekme ve eğilme dayanımlarının artırılması için kullanılırlar. Otomotiv sektöründe yaygın olarak kullanılan termoplastikler uçak sanayisinde de yüksek performanslı malzeme çözümlerinde kullanılmaktadırlar. Çoğunlukla enjeksiyon ve ekstrüzyon kalıplama yöntemleri ile üretilen termoplastiklerin üretiminde GMT (Glass Mat Reinforced Thermoplastics / Preslenebilir Takviyeli Termoplastik) olarak ta üretilmektedir (Bkz. kompozit malzeme üretim yöntemleri). Bu yöntemle hazırlanan takviyeli termoplastikler soğuk plakaların preslenebilmesi ve geri dönüşüm sürecine uygunluğundan dolayı özellikle otomotiv sektöründe tercih edilmektedir.

Takviye Malzemeleri (Elyaflar)

Kompozit malzemelerde kullanılan elyafların fiziksel biçimleri, oluşturulan yeni malzemenin özellikleri üzerinde çok önemli bir faktördür. Takviyeler temel olarak 3 farklı biçimde bulunmaktadırlar; parçacıklar, süreksiz ve sürekli elyaflar. Parçaçık genelde küresel bir biçimde olmamasına rağmen her yönde yaklaşık olarak eşit boyutlardadır. Çakıl, mikrobalonlar ve reçine tozu parçaçık takviyelerine örnekler arasında sayılabilir. Takviye malzemelerinin bir boyutu diğer boyutlarına göre daha fazla olduğunda elyaflardan bahsetmeye başlarız. Süreksiz elyaflar (doğranmış elyaflar, öğütülmüş elyaflar veya whiskers-püskül) birkaç milimetreden birkaç santimetreye kadar değişen ölçülerde olabilmektedir. Çoğu lifin çapı birkaç mikrometreyi geçmemektedir. Bu nedenle elyafın parçacık halden lif haline geçişi için çok fazla bir uzunluğa gerek yoktur.

Sürekli elyaflar ise tel sarma yöntemi gibi yöntemlerde kesilmeden ip şeklinde kullanılmaktadır. Elyaflar en yüksek mekanik özelliklerini enlerinden daha çok boylarına gösteririler. Bu özellikler kompozit malzemelerin metallerde rastlanmayan aşırı anisotropik malzeme özelliği göstermelerine neden olur. Bu nedenle tasarım aşamasında elyafların reçine içindeki yerleşimleri ve geometrilerini göz önünde bulundurmak çok önemlidir. Malzemenin anisotropik özelliği tasarım aşamasında ürünün uygun yerinde kullanılarak avantaja dönüşebilir.

Bazı durumlarda malzemenin dayanımı artırmak, tüm yönlerde eşit mukavemet elde etmek için elyaflar kumaş olarak dokunurlar. Sürekli liflerle hazırlanan dokuma elyaf kumaşlarının farklı amaçlar için geliştirilmiş türleri vardır.


Resim 3. Elyaf Dokuma Türleri

Cam elyafının günümüzde en çok kullanılan ve geçerli takviye malzemesi olmasına rağmen gelişmiş kompozit malzemelerde genellikle saf karbonun elyafı kullanılmaktadır. Karbon elyafı cam elyafına oranla daha güçlü ve hafif olmasına rağmen üretim maliyeti daha fazladır. Hava araçlarının iskeletlerinde ve spor araçlarında metallerin yerine kullanılmaktadır. Karbon elyafından daha güçlü ve aybnı zamanda daha pahalı olan ise bor lelyafıdır.

Resim 4 .Karbon Elyaf Örnekleri

Polimerler matris olarak kullanılmalarının yanısıra kompozitler için elyaf üretilmesinde de kullanılmaktadır. Kompozit malzemeye çok yüksek düzeyde sağlamlık katan ve sertlik kazandıran Kevlar (Aramid) bir polimer elyafıdır. Hafiflik ve güvenilir konstrüksiyon amaçlanan ürünlerdeki kompozit malzemelerde aramid kullanılır. Malzemelerin Anisotropik Ve İzotropik Özellikleri Uzun lifli elyaflar kullanıldığında liflerin yönlerini değiştirilerek farklı yönlerde farklı mekanik özellikler elde etmek mümkündür. Bu duruma anisotropik özellikler denir. Metal gibi bazı malzemeler her yönde aynı mekanik özellikleri gösterirler, bu duruma ise isotropik özellik denir.Kompozit malzemelerde kullanılan başlıca elyaf türleri;
1 Cam elyafı,
2 Karbon (Graphite) elyafı, (PAN -polyacrylonitrile- ve zift kökenli)
3 Aramid (Aromatic Polyamid) elyafı, (Ticari ismi; Kevlar-DuPont)
4 Bor elyafı,
5 Oksit elyafı,
6 Yüksek yoğunluklu polyetilen elyafı,
7 Poliamid elyafı,
8 Polyester elyafı,
9 Doğal organik elyaflar

Bu elyaflar arasından en çok Cam, Karbon ve Aramid elyafları kullanılmaktadır. Bu üç elyaf türü de güçlü, sert ve sürekli biçimde üretilebilmektedirler.

         
     
TurkCADCAM.net > Türkiye'nin yeni ürün tasarım, geliştirme, CAD/CAM/CAE, CNC, kalıp ve imalat teknolojileri portalı
***** Sektörün profesyonel bilgi ve işbirliği platformu *****
© 2002-2017  Sinerji Yayıncılık, Tanıtım ve Danışmanlık Hizmetleri
Bu portaldaki içerik, ancak kaynak belirtilmesi ve izin alınması şartıyla yayınlanabilir.