Üç boyutlu hibrit kompozitlerin üretimi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi

Bu çalışma, üç boyutlu (3B) dokuma hibrit kumaşlardan üretilen kompozit malzemelerin çekme, eğilme ve kayma testleri yardımı ile mekanik performanslarını detaylı bir şekilde incelemeyi amaçlamaktadır. Yüksek mukavemet, deformasyon toleransı ve çok yönlü yük taşıma kapasitesinin kritik olduğu mühendislik uygulamaları için, dokuma yapı tiplerinin ve filament kombinasyonlarının performansa etkisi araştırılmıştır. Çalışmada üç farklı tip dokuma yapısı ile üç farklı tip filament kombinasyonu kullanılarak üretilen numuneler üzerinde mekanik testler gerçekleştirilmiş ve malzeme özellikleri kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Bu çalışmada kullanılan Tip I (düzenli ve simetrik yerleşimli temel yapı), Tip II (yoğun bağlantılı ve z-yönlü elyaf takviyeli yapı) ve Tip III (açılı elyaf yerleşimine sahip hibrit yapı) dokuma tipleri; kompozitlerin farklı yükleme senaryoları altında gösterdiği yapısal tepkileri analiz etmek üzere tasarlanmıştır. Cam-Cam (CC), Polyester-Cam (PC), Cam-Karbon (CK) ve Polyester-Karbon (PK) filament kombinasyonları ise, ilgili dokuma tiplerinin mukavemet, deformasyon kapasitesi ve enerji sönümleme davranışlarını hedef uygulamalara göre optimize etmek amacıyla seçilmiştir. Çekme testleri sonuçları, dokuma yapılarının ve filament kombinasyonlarının kompozitlerin çekme dayanımını önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir. Tip I dokuma, homojen yük dağılımı sağlayarak çekme dayanımı açısından düzenli bir performans sergilemiştir. Tip II dokuma, tabakalar arası yerleşim stratejisi sayesinde en yüksek çekme mukavemetine ulaşmıştır; ancak elastikiyetinin sınırlı olması, deformasyon toleransını azaltmıştır. Tip III dokuma, yüksek enerji absorpsiyonu ve yük taşıma kapasitesi ile çekme testlerinde en dengeli ve üstün performansı sunmuştur. Cam-cam elyaf kombinasyonu, çekme dayanımı açısından en yüksek mukavemeti sağlarken, cam-polyester kombinasyonu, daha fazla deformasyon kapasitesi ile esnek yapılar için uygun bir seçenek olduğunu göstermiştir. Eğilme testleri, Tip III dokuma yapısının eğilme dayanımı açısından en yüksek performansı sergilediğini ortaya koymuştur. Bu yapı, açılı elyaf yerleşimi sayesinde eğilme yükleri altında mükemmel bir direnç ve deformasyon toleransı sağlamıştır. Tip II dokuma, eğilme testlerinde de yüksek mukavemet göstermiş ancak esneklik eksikliği nedeniyle yer değiştirme kapasitesinde sınırlı kalmıştır. Tip I dokuma ise eğilme dayanımı açısından daha düşük performans göstermiştir. Filament kombinasyonları arasında cam-cam elyaf, eğilme mukavemeti açısından en dayanıklı kombinasyon olarak öne çıkmış, cam-polyester elyaf kombinasyonu ise yüksek deformasyon kapasitesiyle darbe dayanımı gerektiren uygulamalar için uygun bir profil sunmuştur. Kayma testleri, dokuma yapılarının kompozit malzemelerin düzlem içi yük taşıma kapasiteleri üzerindeki etkisini değerlendirmiştir. Tip III dokuma, açılı elyaf yerleşimi sayesinde kayma yüklerine karşı yüksek direnç sağlamış ve dengeli bir yük dağılımı sunmuştur. Tip II dokuma, kayma mukavemeti açısından ikinci sırada yer almış, ancak gerilme altında oluşan lokalize deformasyonlar nedeniyle performans kaybı göstermiştir. Tip I dokuma, kayma dayanımı açısından en düşük performansı sergileyerek bu tür uygulamalar için daha sınırlı bir kullanım potansiyeline sahip olduğunu ortaya koymuştur. Sonuç olarak, bu çalışma, çekme, eğilme ve kayma testlerinden elde edilen bulgular ışığında, üç boyutlu dokuma tipinin ve filament kombinasyonlarının kompozit malzemelerin mekanik performansını büyük ölçüde şekillendirdiğini ortaya koymaktadır.