KOMPOZİT MALZEMELERİN TANIMI, GENEL ÖZELLİKLERİ VE SINIFLANDIRILMASI
Kompozit malzemeler; iki ya da daha fazla
malzemenin uygun özelliklerini tek malzemede
toplayarak veya yeni bir özellik
çıkarmak amacıyla makro düzeyde birleştirilmesi sonucu oluşturulan malzemelerdir.
Bir malzemeyi kompozit olarak
adlandırmak için aşağıdaki özellikleri taşımalıdır:
·
İnsan yapısı olmalı,
·
En az iki veya daha fazla fiziksel ve mekaniksel
özelliği ayrı olan malzemelerin birleştirilmesi ve farklı ara yüzeye sahip olmalı,
·
Herhangi bir ferdi bileşenle elde edilemeyen mekanik
özelliklerin gerçekleştirilmeli
·
Optimum özellikler elde etmek için bir malzemenin
diğer malzeme içine kontrollü
şekilde dağıtılmasıyla iki
ayrı malzeme karıştırılarak kompozit (karma) bir malzeme
oluşturulmalı,
·
Özellikler yüksek olup kompoziti oluşturan
elemanların en iyi özelliklerin bir arada
toplanması gerekir
Kompozit malzeme
kullanılarak üretilecek olan parçalar tasarlanırken, parçanın hangi alanda kullanılacağı ve kullanıma yönelik
spesifik ihtiyaçların neler
olduğunun bilinmesi
gereklidir. Kompozit bir parça tasarlanırken maliyet, ham malzeme özellikleri, çevre koşullarının parçaya
etkisi, imalat yöntemi,
kalite kontrol metotları gibi bir dizi faktör
birlikte değerlendirilmelidir.
Tasarımda en büyük zorluklardan birisi kompozit malzemelerin izotropik
özellikler göstermemesidir. Bu yüzden tasarımcı, parçaya
her yönden ne kadar yük geleceğini ve parçanın hangi noktasında ne kadar mukavemete ihtiyaç olduğunu iyi
anlayıp, fiberlerin yerleşim
açılarını ona göre hesaplamalıdır.
Kompozit malzemelerde çekirdek olarak, bir takviye
edici malzeme ve bunun çevresinde hacimsel olarak
çoğunluğu oluşturan bir matris malzeme
bulunmaktadır. Burada takviye edici malzeme, kompozit
malzemenin mukavemet ve yük taşıma özelliğini
sağlamaktadır. Matris malzeme ise, plastik deformasyona geçişte
oluşabilecek çatlak ilerlemelerini önler ve kompozit malzemenin kopmasını geciktirmektedir. Matris
olarak kullanılan malzemenin diğer bir amacı da, fiber malzemeleri yük
altında bir arada tutabilmek ve yükü lifler arasında homojen olarak dağıtmaktır.
Böylelikle fiber malzemelerde plastik deformasyon gerçekleştiğinde ortaya
çıkacak çatlak ilerlemesi olayının önüne geçilmiş olunur.
Kompozit malzemelerin, parça
bütünlüğü, hafiflik, yüksek
mukavemet, darbe dayanımı ve uzun kullanım ömrü gibi
özellikleri, geniş kullanım alanlarında avantajlar sağlamaktadır. Örneğin, cam
elyafı elastik bir malzemedir. Yük altında düzgün olarak kopma noktasına kadar
uzayan cam elyafı, çekme yükünün kalkması sonucunda herhangi bir akma özelliği
göstermeden başlangıç boyutuna
döner. Diğer metallerde ve organik liflerde bulunmayan bu elastiklik ve yüksek mukavemet özellikleri; cam elyafına büyük miktarda enerjiyi,
kayıpsız olarak depolama ve bırakma olanağı sağlamaktadır. Bu özellik,
dinamik yorulma dayanımı, aşınmaya karşı korunması
koşulu ile otomobil, kamyon amortisör yayları ve
mobilya yayları gibi ürünlerin cam elyafı takviyeli plastik malzemeden yapılabilmesini sağlamaktadır.
Cam elyafı takviyeli plastiklerde, cam elyafı takviyesinin yönü önemli bir etkendir ve bu, cam elyafının reçine ile kaplanabilirliğini de etkiler. Dolayısıyla takviye miktarının artışı ile birlikte cam elyafının mukavemeti de artar. Kompozit malzemelerin bu üstün özelliklerine rağmen, yük taşıma kabiliyetinde zamanla azalma görülmektedir. Bu nedenle, tasarım yapılırken uygun bir emniyet faktörü ön görülerek, ani kırılmaların önüne geçilmesi gereklidir. Zamana bağlı olarak mukavemetin azalması, çekme dayanımının başlangıç değerinin 2/3'üne çok kısa sürede düşmesi ve 1/2'sine 50 yıl gibi bir sürede düşmesi şeklinde görülmektedir.