Elyaf takviyeli, termoplastik matrisli kompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Kimyasal ve/veya fiziksel özellikleri açısından birbirinden farklı malzemelerin aralarında ara yüzey oluşturarak meydana getirdikleri yeni malzeme grubu olan kompozit malzemelerin en önemli avantajı özelliklerinin kendisini oluşturan diğer bileşenlerden üstün olmasıdır. Kompozit malzemelerin yüksek mekanik, kimyasal ve fiziksel özellikler sunması kullanım alanlarını genişletmektedir. Kırık cam elyaflı kompozitler, otomotiv endüstrisi başta olmak üzere çoğu alanda kullanılırken; sürekli elyaflı kompozitler daha yüksek mekanik özelliklerin gerektiği uygulamalarda büyük öneme sahiptir. Günümüz plastik matrisli kompozit uygulamalarında termoset polimerlerden tercih edilmektedir. Bunun nedeni epoksi, vinil ester, polyester gibi termoset polimerlerin elyaf malzemeleri iyi ıslatması ve kolaylıkla yapışmasının gerçekleşmesi; dolayısıyla fiber-matris ara yüzey bağlantısının kuvvetli olmasının sağlanmasıdır. Bunun yanı sıra termoset kompozitlerin proses edilmesi kolaydır, dolayısıyla üretim el yatırması gibi basit yöntemlerle bile gerçekleştirilebilmektedir. Plastik kompozit uygulamalarının özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla yapılan yeni uygulamalarda termosete göre daha iyi özellikler gösteren diğer bir plastik türü olan termoplastikler kullanılmaya başlanmıştır. Termoplastik polimerler yüksek kimyasal dayanım, yüksek gerinim, esneklik, hafiflik ve geri dönüşüm gibi pek çok avantaja sahiptir. Ancak bunlarda yaşanan başlıca problem arayüzeyin oluşumunu sağlayacak ıslatma ve yapışmanın yetersiz olması; buna bağlı olarak mekanik özelliklerden beklenen performansların alınamamasıdır. Ayrıca termoplastik kompozit üretimi, termoset kompozit üretimden çok daha karmaşık ve makineleşmiş (örneğin enjeksiyon, ekstrüzyon gibi) prosesler gerektirmektedir. Termoplastik ham maddesi katı durumda olmasından ötürü, bu ham maddenin öncelikle ergitilip daha sonra takviye malzemesi ile buluşturulmasını gerekmektedir. Bu işlem sırasında yüksek viskozitedeki termoplastik eriği matrisin, elyaflar üzerinde yayılımını ve takviye düzenini olumsuz yönde etkilemektedir. Elyaflarda topaklaşma ve ürün homojenizasyonunda bozulmalar bu esnada görülen hata türlerindendir. Termoplastik matrisin sebep olduğu bu gibi zorluklar bu tür kompozitlerin üretimleri günümüze kadar geciktirmiştir. Fakat günümüzde yeni geliştirilen gerek kimyasallar gerekse de üretim teknolojileri sayesinde bu zorlukların üstesinden gelinmekte ve termoplastik matrisin sağladığı avantajlar gün yüzüne çıkmaktadır. Bu sayede bugün endüstride üretimi yapılan termoplastik kompozit uygulamaları enjeksiyon ve ekstrüzyon prosesiyle kırık cam elyafı kullanımıyla gerçekleşir hale gelmiştir. Ancak; sürekli elyaflı kompozit üretimine izin veren proses dünyada yeni gelişmekte olup, henüz ülkemiz endüstrisinde yerini alamamıştır. Bunun sebebi; sürekli elyaflarda elyaf konsantrasyonunun fazla olmasından dolayı, yüksek viskozitedeki eriyik termoplastiğin fiberlere nüfuzunun proses boyunca homojen olarak sağlanamaması ve fiber-matris ara yüzey ıslanma ve bağlanma sorunlarının oluşmasıdır. Bu çalışmada termoplastik polimerlerden en ucuz ve en düşük yoğunluğa sahip olan polietilen ve polipropilen matris malzemesi olarak kullanılıp, dayanım ve maliyet yönünden optimum sonuçlar sunan sürekli tarzda E-camı, E-camına alternatif yeni bir fiber türü olan bazalt fiber ve yüksek performans özellikleri sunun aramid fiber ile takviyelendirilmiştir. Arayüzey özelliğinin iyileştirilmesi için çeşitli uyumlaştırıcılar denenerek, fiziksel ve mekanik testler uygulanmıştır. Sonuçlar karşılaştırılarak ideal uyumlaştırıcı oranları saptanmış ve polietilen ve polipropilen matrisli kompozit malzemelerin ara yüzeyi oluşumunun iyileştirilmesi sağlanmıştır.