Kompozit Nedir? Kompozit Malzemenin Çeşitleri ve Kullanım Alanları

Kompozit Nedir? Kompozit Malzemenin Çeşitleri ve Kullanım Alanları

Kasım 27, 2020 0 Yazar: Gürsoy Yurtalan

Kompozit; Fransızca ‘composite’ kelimesinden gelmiş olup ‘karma’ anlamına gelmektedir.

Kompozit malzeme ise, çekme ve kopmaya karşı dayanıklı lifler ile lifleri birbirine bağlayan reçinelerin bileşiminden meydana gelir.

Lifleri birbirine bağlayan reçine matris olarak adlandırılır.

Başka bir ifade ile fiziksel ve biçimsel olarak birbirinden farklı iki veya daha fazla malzemenin bir araya getirilmesi ile oluşan yeni malzemeye verilen addır.

Malzemenin özelliğinin yetersiz olduğu durumlarda, birbirlerinin özelliklerinin iyileştirilmesi gayesiyle veya yeni bir özellik göstermesi (korozyon dayanımı, elektriksel iletkenlik, mukavemet, ısı dayanımı vb. gibi) istenildiği durumlarda, bu özelliklere sahip malzemeler bir araya getirilir.

Kompozit Malzemeler

Kompozitin Yapısı

Bir malzemenin birden fazla özellik göstermesi gerektiğinde, istenilen özelliği sağlayan birden fazla malzeme bir araya getirilir. Bir araya getirilen her malzemenin kompozit içerisindeki görevi farklı olur.

Kompozit malzeme; takviye malzemesi olarak fiber ve hacimce daha fazla matris malzemesinin bir arada kullanılması ile oluşur.

Birbirinden farklı bu iki malzemenin görevleri farklıdır.

Takviye malzemesinin görevi ve özellikleri

Fiber, malzemenin dayanıklılığını ve yük taşıma kapasitesini artırır. Takviye malzemenin seçiminde

  • Dayanıklılık,
  • Hafiflik,
  • Yorulma dayanımı,
  • Elektrik ve ısıyı iletkenlik durumu ve
  • Ekonomik olması gibi etkenler önemlidir.

Matris malzemesinin görevi ve özellikleri

Kompozitin şeklini veren matris malzemelerden istenilen özellikler şunlardır.
  • Dayanımının yüksekliği,
  • Elastik uzama miktarının fazlalığı,
  • Kaymaya karşı dayanımının yüksek olması,
  • Sürünme adı verilen sabit bir sıcaklıkta ve gerilim altında yükleme etkisi altında kalan malzemenin biçim değişikliğinin az olması,
  • Darbe etkisine karşı dayanıklı olması ve yüksek tokluk,
  • Zararlı kimyasalların etkilerine dayanıklılık,
  • Nem emme miktarının az olması,
  • Çekme oranının düşük olması,
  • Raf ömrünün uzunluğu,
  • Öz kütlesinin düşük olması ve
  • Fiyatı istenilen özellikler arasındadır.
Matris malzemenin görevleri ise şunlardır.
  • Lifler arasında gerilimin sağlanması,
  • Dış ortamlardan gelen etkilere karşı korunması,
  • Darbelere karşı malzemenin korunması,
  • Oksidasyon ve korozyon gibi istenmeyen etkilerden korunması,
  • Çatlak ilerlemesini önlemesi ve kopma süresini geciktirmesi,
  • Fiber malzemelerin bir arada tutulması ve homojenliğin sağlanması görevleri arasındadır.

Kompozitin Geçmişten Bugünümüze Kullanımı

Kompozitin sağladığı avantajlardan dolayı pek çok mühendislik alanında kullanılmaktadır. Geçmişte ve günümüzde kullanım alanı olarak en çok inşaat sektöründe yeri vardır. Uzun yıllar önce kil, saman ve bitki liflerinin bir araya getirilmesi ile oluşan kerpiç örnek gösterilebilir. Günümüzde ise matris olarak kullanılan kum ve çimento ile takviye olarak kullanılan çelik donatı çubuklarının bir araya getirilmesi ile oluşan beton en çok kullanılan kompozit malzeme olmuştur.

Modern sentetik plastikler 1900’lü yılların başlarında gelişmeye başlamıştır. Plastiklerin hafif olması, şekil verilme kolaylığı ve korozyona karşı dayanımı yüksektir. 1950’ li yıllarda polimer esaslı kompozitler geliştirilerek plastiklerin düşük olan sertlik ve dayanıklılık özelliği iyileştirilmiştir.

Kompozitlerin Sınıflandırılması

Kompozitler metal matrisli, seramik matrisli ve polimer matrisli olmak üzere 3’ e ayrılır.

Metal Matrisli Kompozitler

metal matrisli kompozit

Metal matrisli kompozit

Metal matrisli Kompozitlerin avantajlı pek çok yönü vardır. Bunları maddeler halinde sıralayalım.

  • Yüksek ısılarda görevini yerine getirmeleri,
  • Basma, eğme ve çekmeye karşı dayanıklılığı,
  • Termal genleşme ve yorulma dayanımı
  • Elektriği ve sıcaklık iletimlerinin iyi olması,
  • Tokluk,
  • Neme karşı dayanım ve
  • Yanmazlık özellikleri sıralanabilir.

Kullanılan matris malzemeye göre istenilen özelliğin elde edilebileceğinden bahsetmiştik. Mesela tungsten alaşımında yapılmış metal kompozitler 1000 derece gibi yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklılık gösterebilir.

Kullanım Alanları

  • Uzay ve havacılıkta platform taşıyıcı parçaların imalatında,
  • Haberleşme cihazlarında,
  • Uçakların iniş takımlarında,
  • Otomotiv endüstrisinde,
  • Spor aletlerinde,
  • Savunma sanayi ve bir çok alanda kullanımı vardır.

Seramik Matrisli Kompozit Malzemeler

seramik kompozit matris

Seramik kompozit matrisden üretilmiş fren diski

İnorganik bir malzeme olan seramikler, metal veya metal olmayan elementlerin birleşiminden oluşmaktadırlar.

Özellikleri;

  • Düşük yoğunluklu,
  • Dayanıklı,
  • Gevrek,
  • Plastik olarak akmaması,
  • Kimyasal ve termal dayanımları,
  • Ergime noktası yüksek olması ve
  • Sert olmalarından dolayı zor işlenmeleri sayılabilir.

Kırılgan ve gevrek yapılarından dolayı tasarımlarının doğru yapılması ve kaliteli parça kullanılması gerekir. Seramik kompozitler Li2O2 -Al2O3 – SiO2 , SiO2 ve BaO-SiO2 – AlO3 –Si3N4 gibi matrislerden hazırlanır ve takviye edici olarak ise daha çok Al2O3 , SiC, Si3N4 kullanılır. Yaygın olarak kullanım alanları vardır.

Polimer Matrisli Kompozit Malzemeler

Plastik matrisli kompozit

Plastik matrisli kompozit

Birden fazla katı maddenin kimyasal olarak birbirine bağlanmasından ya da birbirine bağlanan malzemelerin sonradan katı madde oluşturmasından polimer malzeme meydana gelir.  Plastikler polimer matrisli kompozit malzeme grubundadır. Belli bir şekle getirebilir veya kalıplanabilir. Sağladıkları faydaya başka gruptaki malzemelerle ulaşmak oldukça güçtür. Bu özelliklerinden dolayı mühendislik alanında önemli bir yerleri vardır.

Plastiklerin kullanım avantajları şunlardır.

  • Montajlarının basitliği,
  • Parça sayısının az olmasından tasarım kolaylığı,
  • Yüzey bitimlerinde fazla işlem yapılmaması,
  • Hafif olması ve taşınmasının kolaylığı,
  • İyi bir yalıtım özelliği göstermesi,
  • Ekonomik olmaları avantajlı yönleridir.

Yapılarında bulunan kimyasallara göre Termoplastikler ve Termoset plastikler olarak iki gruba ayrılır.

Termoplastikler ısıtılıp soğutulduğunu biçimini korurlar. Bu özelliklerinden dolayı vinil, selülozikler, akrilikler, polietilen, naylon, polistiren gibi maddeler ısıtılıp kalıplanabilir ve soğutulup tekrar kullanılabilir.

Termoset plastikler ise ısıtılıp soğutulduğunda biçimini muhafaza etmez. Sıcaklığın etkisiyle erimezler ve yüksek ısılarda yapıları bozulur. Diğer bir ismi ısıl sert plastiktir.

Kompozitlerin Avantajları

kompozitlerin avantajları

Kompozitlerin avantajları

  • Fiziksel ve mekanik olarak üstün özellikleri vardır.
  • Eğilme ve çekmeye karşı yüksek dayanım gösterirler.
  • Yoğunluk / Dayanım oranları yüksektir.
  • Yorulma dayanımları yüksektir.
  • Pek çok kompozit malzemenin korozyona karşı dayanıklılığı vardır.
  • İsteğe göre yalıtkanlık ve iletkenlik özelliği ilave edilebilir.
  • Zararlı kimyasallardan, çevre ve hava koşullarından etkilenmezler.
  • Uygun matris malzemesi seçilirse yüksek sıcaklıkta çalışabilirler.
  • İstenilen tasarımın yapılmasında esnektirler.
  • Kompozit malzeme kullanılarak yapılan imalatlar son halini alır. Sonradan fazla bir işlem yapmaya gerek kalmaz.
  • Geleneksel malzeme kullanılarak birden fazla parçanın perçin veya kaynak kullanılmadan bir araya getirilmesi mümkün olmaz. Kompozit malzemede ise kompleks birçok parça yapılabilir.
  • Parça sayısı az olacağı için montaj kolaylığı vardır.
  • Darbelere karşı yüksek dayanım özelliği kazandırılabilir.
  • Belli oranda olan sünek yapıları titreşim ve sesi sönümlendirir.
  • Seçilen matrise göre düşük faz ve zehirlilik özelliklerine sahip olabilir.
  • Üretimlerinde yüksek sıcaklık ve basınca ihtiyaçları olmaz. Üretim makineleri için yapılan maliyet azalır.

Kompozitlerin Dezavantajları

  • Kompozitlerin bir kısmı belli bir yönde çalışırlar. Farklı doğrultuda değişik mekanik özellik gösterebilir.
  • Malzeme maliyetleri daha fazladır.
  • İşlenebilmeleri ve yüzeylerinin yüksek kalitede olması kolay değildir.
  • Termal dayanımı kullanılan matrise göre değişmektedir. Genellikle polimer esaslı matrisler kullanılır ve bu yüzden kompozitlerin termal özellikleri plastikler ile sınırlıdır.
  • Kimyasallara ve çevre koşullarına dayanımı kullanılan matrise göre değişir. Bu sebepten kompozitlerin bir kısmının çevresel etkilere karşı dayanımı azdır.
  • Bazı kompozitler havada bulunan nemi emdikleri için boyutsal kararlılıkları etkilenir.
  • Gevrek (kırılgan) yapıdaki kompozitlerin bir kısmı darbeye karşı dayanım göstermez. Kolay zarar görebilirler ve tamirleri zor olur.
  • Kopma anındaki uzamaları az olduğu için kullanım alanlarını sınırlar.
  • Polimer esaslı matris gibi kompozitlerin üretiminde zehirli ve kanserojen gazlar açığa çıkar.
  • Geri dönüşümleri azdır.

Daha fazla malzeme hakkında bilgi almak için “malzeme” kategorisinde yer alan yazılarımızı okuyabilirsiniz.