Kompozit Malzemelerin Basma (Compression) Yöntemleri Nelerdir?

 

Kompozitlerin basma (compression) özellikleri reçine ve fiber reçine arayüzünden etkilenir ve genellikle bir parçanın genel tasarımını, boyutunu ve ağırlığını belirler. Yeni malzemelerin taranması ve kalite kontrolünün sürdürülmesi için kompozit basma testi çok önemlidir.

Kompozit basma testlerinin amacı, numunenin diğer bölümlerinde erken arızaya veya uygun olmayan arıza modlarına neden olmadan basınç kuvvetlerini tek tip bir ölçüm alanına yönlendirmektir. Kompozit malzemeler daha gelişmiş hale gelmeye devam ettikçe, basma testi yapmak için evrensel bir standart elde edebilme zorluklarını beraberinde getirdi.

Kompozit malzemelerin testleri genellikle ASTM veya ISO yöntemlerini takip eder, ancak kuruluşlar bazen özel test yöntemleri geliştirir. Çeşitli teknikler farklı sonuçlar ortaya çıkarabilir, bu nedenle test yönteminin ve sonucunun dikkatli bir şekilde belgelendirilmesi, malzeme özelliklerinin anlaşılması açısından çok önemlidir.

Mevcut kompozit basma testi yöntemleri, malzemelerin test çerçevesine nasıl yüklendiğine bağlı olarak üç sınıfa ayrılır: eğme (bending), kayma (shear) ve end-loaded.

 

Eğme Basma Testi (Bend Compression Testing)

ASTM D5467 ve ASTM D7249 test standartları, kompozit malzemelerin basma özellikleri için en yaygın eğme test yöntemlerinden ikisini belgelemektedir.

Eğme yüklemesi, bir yüzün basmada ve karşı yüzün germede olduğu test için bir sandviç kiriş yapısı kullanır. Basma yüzeyi genellikle daha ince bir yüzey tabakası ile oluşturulur, böylece kiriş öncelikle basmada başarısız olur.

Numuneyi oluştururken, doğru arıza modunun (kompresyonla yüzleşme) elde edilmesini sağlamak için açıklıklar, çekirdek malzemesi, kalınlık ve yapıştırıcılar seçilir. Basma yüzeyindeki gerinim ölçerler modülü, Poisson oranını ve bozulmaya karşı gerinimi ölçmek için kullanılır.

 

Kayma Yüklü Basma Testi (Shear Loaded Compression Testing)

Bazı yöntemler, numunenin ölçüm alanına bir kayma yükü uygular. Yaygın olarak Celanese compression olarak adlandırılan ilk yöntemlerden biri, numuneyi koni şeklindeki bir fikstür tarafından tutulan takozlardan yükler. Numuneler dikdörtgen şeklindedir ve genellikle şeritlidir. Celanese basmasına başlangıçta ASTM D3410 standardında atıfta bulunulmuş, ancak o zamandan beri uygulaması kaldırılmıştır. Celanese numuneleri genel olarak ASTM Standardı tarafından 0.25” ve ISO 14126 ile 10mm genişlikle sınırlandırılmıştır. Toplam uzunluk 5.5 inç ve desteklenmeyen 0.5” uzunluğundadır.

Celanese basmasının genellikle günü geçmiş olduğu düşünülse de, bazen geçmiş verilerle karşılaştırılması istenir. Bu yöntem için, malzeme kalınlığı kritik bir husustur ve belirtilen dar aralık içinde olmalıdır, bu da takozların konilerle uygun şekilde oturmasına izin verir.

ASTM D3410'un mevcut sürümü, Celanese yöntemindeki bazı zayıflıkları azaltmak için geliştirilen IITRI yöntemi olarak adlandırılır. IITRI armatürü büyük ve ağırdır. Dolayısıyla aşırı sıcaklıklarda kullanıldığında zorluklar ortaya çıkarır. Bu yöntem için kullanılan numuneler, en fazla 1 inç genişliğinde ve 5.5 inç uzunluğunda olabilir. Takozlar dikdörtgen bir yuvadan yüklenir, bu nedenle numunenin toplam kalınlığı Celanese yöntemindeki kadar kritik değildir. Ancak ölçü alanındaki malzeme Euler burkulmasını önleyecek kadar kalın olmalıdır. Çoğu veri kullanıcısı, testin malzemedeki kayda değer desteklenmeyen uzunluk nedeniyle bir basma gerilimi (compression stress) sonucu sağladığı konusunda hemfikirdir.

 

End-loading Basma Testi

Plastikler geleneksel olarak ASTM D695'te açıklanan end-loading yöntemleri kullanılarak test edilmiştir. Bu yöntem, enine kesitte kare veya yuvarlak olan bir prizmanın uçtan yüklenmesine izin verir. Ayrıca köpek kemiği şeklinde düz bir numune de kullanılabilir ve burkulmayı engelleyen bir yan destek düzeneğine yüklenir.

Advanced Composites Materials Association (SACMA) tedarikçileri, 0,188 inçlik bir ölçüm uzunluğuna sahip sekmeli numunelerin kullanılmasıyla ilgili bir endüstri uygulamasını resmileştirdi. Numuneler genellikle daha kısa ölçü uzunluğu nedeniyle daha yüksek bir görünür basma dayanımı (compressive strength) ile sonuçlanır. Tüm bu numuneler uçtan yüklenmiş (end-loaded) olduğundan, ilgili sonuçlar için uçların düz ve paralel olması gerekir. Eğer numuneler başarısız olursa veya uçlarda süpürürse, sonuçlar geçersiz sayılmalıdır.

Ek olarak, numuneyi fikstüre sabitleyen cıvatalara uygulanan tork seviyesi çok yüksekse, test sonuçları geçersiz olabilir. Kısa ölçüm uzunluğu ve yan destek tertibatından kaynaklanan sürtünme değişkenliği nedeniyle, bu yöntemin daha ileri standardizasyonu yavaşlamıştır.

 

Kayma ve End-loading Basma Testinin Kombinasyonu (Combination of Shear and End-loading Compression Testing)

Devam eden fikstür geliştirmesi, birleşik yükleme basma fikstürü (loading compression fixture) ile sonuçlanmıştır. ASTM D6641 test standardı, uygun fikstürü ve test yöntemini açıklar.

Önceki yöntemlerde olduğu gibi, nominal numune 5,5 inç uzunluğunda ve 0,5 inç desteklenmeyen uzunluktadır. Fikstürün uçlarını kare uçlar arasında sıkıştırarak, numune, bir uç ve kayma yüklemesi (end and shear loading) kombinasyonu ile yüklenir.

Birleşik yükleme basma fikstürü, IITRI fikstürüne göre daha küçüktür ve kullanımı daha kolaydır. Sabitleme cıvatalarını eşit, belirtilen bir seviyeye kadar dikkatlice sıkmak önemlidir. Numuneler, Euler burkulmasını izlemek için sırt sırta ölçülerle gerinim (strain) ölçülerine tabi tutulur. Eğme yüzdesi, test verileriyle birlikte rapor edilir ve anormal verileri gidermek için kullanılabilir.

Kompozit tasarımlarda, bir gerilim yükselticiyi (stress riser) simüle etmek için bir delikle basma değerleri gereklidir. ASTM D6484, bu değerleri elde etmek için kullanılan yöntemlerden biridir.

 

Sonuç Olarak

Kompozit basma testi yöntemleri; fikstür tasarımına, yükleme tekniklerine ve numune boyutuna göre değişir. Kompozitlerin basma dayanımını test etmek için belirlenmiş bir standart olmamasına rağmen, mühendislerimiz istediğiniz sonucu elde etmenizi sağlayacak test yöntemlerini seçmenize yardımcı olabilirler. Malzeme Test, kompozit malzemelerinizin amaca uygun olduğundan emin olmak için özenle çalışır. Kompozit basma testine ihtiyacınız varsa veya malzemeniz için hangi yöntemlerin doğru olduğuna dair kafanızda soru işaretleri varsa, hemen Malzeme Test ile iletişime geçin.

 

Kompozit Basma Testi (PDF)