Günümüzde, mühendislik alanında kullanılan malzemelerin çeşitliliği giderek artmaktadır. Bu malzemelerden biri de elyaf takviyeli polimer kompozitlerdir. Bu kompozitler, dayanıklılığı artırmak ve özel uygulamalara uygun hafif yapılar oluşturmak için farklı malzemelerin birleşimiyle üretilir. Bu yazıda, elyaf takviyeli polimer kompozitlerin temelini oluşturan termoplastik ve termoset reçineleri daha yakından inceleyeceğiz.
Elyaf Takviyeli Polimer Kompozit Nedir?
Elyaf takviyeli polimer kompozitler, bir polimer matris içindeki mukavemeti yüksek elyafların (genellikle cam, karbon veya aramid elyaf) entegrasyonuyla oluşan malzemelerdir. Bu kombinasyon, malzemeye artırılmış mukavemet, hafiflik ve özelleştirilebilirlik kazandırır. Elyaf takviyeli polimer kompozitler, havacılık, otomotiv, inşaat ve birçok endüstride geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Termoplastik Reçineler
Termoplastikler, ısı uygulandıkça yumuşar ve erir ve soğutma ile yeniden sertleşir. Bu yumuşama malzeme özellikleri üzerinde kayda değer bir etki olmaksızın istenilen sıklıkta tekrarlanabilir.
Özellikler:
- Elastikiyet: Termoplastik matrisler, ısı uygulandığında yumuşayan ve şekil değiştiren malzemelerdir.
- Yeniden Kullanılabilirlik: Elyaf takviyeli termoplastik kompozitler, eriyip tekrar şekil değiştirme yeteneğine sahiptir.
- Şekil verilebilirlik: Isıtıldığında şekil verilebilirler ve bu özellikleri, karmaşık parçaların üretimini kolaylaştırır.
Bazı termoplastik örnekleri aşağıdaki gibidir.
Akrilonitril Bütadien Stiren ( ABS)
Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS), bir terpolimer adı verilen üç farklı monomerin polimerizasyonu yoluyla oluşturulan opak bir mühendislik termoplastiğidir. Bu üç ana monomer şunlardır:
- Akrilonitril (A): Dayanıklılık ve kimyasal direnç katkısı sağlar.
- Bütadien (B): Elyastik özellikler ekler ve malzemeyi darbelere karşı dayanıklı hale getirir.
- Stiren (S): Şeffaflık ve sertlik sağlar.
ABS plastikleri, otomotiv parçaları, oyuncaklar, ev aletleri, elektronik kılıfları ve daha birçok endüstriyel ve tüketici ürününün üretiminde yaygın olarak kullanılır. Genellikle enjeksiyon kalıplama ve ekstrüzyon gibi işlemlerle şekillendirilir.
Poliarileterketonlar ( PAEK)
Aril ve eter gruplarını içeren birimlerin polimerizasyonuyla elde edilen yüksek performanslı yarı kristal termoplastik polimerlerdir. PAEK kimyasallara ve hidrolize karşı son derece dirençlidir; bu da onları tıbbi uygulamalar, petrol sondaj bileşenleri, otomotiv dişlileri vb. için ideal kılar.
Polietereterketon (PEEK)
Polietereterketon (PEEK), yüksek performanslı bir termoplastik polimerdir ve genellikle “PEEK” olarak anılır. PEEK’in belirgin özellikleri arasında yüksek sıcaklık dayanımı, mükemmel mekanik özellikler, kimyasal direnç, düşük aşınma özellikleri ve elektriksel yalıtım yetenekleri bulunmaktadır. Yüksek sıcaklık direnci, endüstriyel uygulamalarda geniş bir sıcaklık aralığında kullanılmasına olanak tanırken, mükemmel mekanik özellikleri dayanıklılık ve darbe direnci sağlar. Kimyasal direnç ve biyouyumlu özellikleri, PEEK’in tıbbi cihazlar, otomotiv parçaları, elektrik yalıtım bileşenleri ve diğer çeşitli uygulamalarda tercih edilmesine katkıda bulunur. Bu özellikler, PEEK’in geniş bir endüstriyel yelpazede yaygın olarak kullanılmasını sağlayan önemli özellikleridir.
Şekil1. Peek plastik uygulamaları
Termoset Reçineler
Termoset reçineler, bir kez ısı ve basınç altında sertleştikten sonra kimyasal olarak değişime uğrayan ve geri dönüştürülemeyen polimer malzemelerdir.
Özellikler:
• Çapraz Bağlar: Termoset matrisler, ısı veya kimyasal reaksiyonla sertleşen ve geri dönüşmeyen bir yapı oluşturan çapraz bağlar içerir.
• Termal Dayanıklılık: Yüksek sıcaklıklara dayanabilirler, bu da çeşitli endüstrilerde yüksek sıcaklık uygulamalarına uygun oldukları anlamına gelir.
• Kimyasal Direnç: Kimyasal maddelere karşı dirençlidirler, bu nedenle çeşitli endüstrilerde kullanım için uygundur.
Bazı termoplastik örnekleri aşağıdaki gibidir.
Polyesterler
Polyester reçineler, özellikle inşaat, denizcilik, otomotiv ve su sporları ekipmanları gibi birçok uygulama alanında kullanılır. Ancak, daha yüksek mukavemet ve performans gereksinimleri olan uygulamalarda, polyester matrisler yerine epoksi veya diğer gelişmiş matris malzemeleri tercih edilebilir.
Vinil esterler
Vinil ester reçineler, yüksek kimyasal dirence sahip olmalarıyla bilinirler, bu özellikleri özellikle agresif kimyasallara maruz kalan endüstriyel ortamlarda kullanılmalarını sağlar. Ayrıca, vinil ester matrisler, darbe dayanıklılığı, düşük su emme oranı ve yüksek termal dayanıklılık gibi avantajlara sahiptirler. Bu özellikler, genellikle denizcilik, petrokimya, kimyasal tanklar, rüzgar türbinleri ve diğer agresif ortamlarda kullanılan kompozit yapıların üretiminde tercih edilmelerine neden olur.
Epoksiler
Epoksi reçinelerin özellikleri, genellikle mükemmel mekanik özellikler, yüksek yapışma gücü, kimyasal direnç ve düşük kırılma eğilimini içerir. Bu özellikler, epoksi matrislerin çeşitli endüstrilerde ve uygulamalarda geniş bir kullanım alanı bulmasını sağlar.
Avantaj ve Dezavantajları
Şekil 2. Termoset ve termoplastiklerin avantaj ve dezavantajlarının karşılaştırılması
Termosetler ısıl işlem gördükten sonra tekrar kullanılamazlar. Bunun sebebi ısıl işlem(kürleşme) sırasında oluşan çapraz bağlardır. Termoplastikler de ısıl işlem sırasında çapraz kuvvetli bağlar oluşmadığı için tekrar tekrar kullanılabilirler. Bağlar arasındaki fark basitçe Şekil 3. de görüldüğü gibidir.
Şekil 3. Termoplastik ve termosetlerin bağ yapıları
Sonuç
Elyaf takviyeli polimer kompozitler, termoplastik ve termoset reçinelerin entegrasyonu ile mükemmel mekanik özelliklere ve çeşitli uygulama avantajlarına sahip olur. Hangi tip reçinenin kullanılacağı, spesifik uygulama gereksinimlerine ve performans beklentilerine bağlı olarak belirlenir. Bu kompozit malzemeler, endüstriler arası köprüler kurarak yenilikçi çözümler sunmaya devam etmektedir.