Kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine yaşlandırma parametrelerinin etkisinin araştırılması ve yanıt yüzey metodu ile optimizasyonu

Deniz taşıtlarında ve akışkan taşıma işlerinde yaygın olarak kullanılan metal malzemelerin ağır yapıtlar oluşturması ve bu metal malzemelerin akışkan ile temasından kaynaklı korozyona uğraması araştırmacıları alternatif malzemeler arayışına itmiştir. Kompozit malzemelerin yüksek özgül dayanıma, yorulma direncine, akma dayanımına sahip olması ve aynı zamanda hafif ve korozyona karşı dirençlerinin iyi olması, sektörde kompozit malzeme kullanımının artmasına neden olmuştur. Bu tez çalışmasında temel olarak, vakum infüzyon yöntemiyle farklı kürlenme sıcaklıklarında (20°C, 60°C ve 100°C) cam fiber takviyeli kompozit malzemeler üretilmiş ve üretilen kompozit malzemelerin mekanik özelliklerine yaşlandırma parametrelerinin (sıcaklık ve tuzluluk oranı) etkisi araştırılmıştır. Bir deneysel tasarım metodu olan merkezi kompozit tasarım (central composite design) yöntemi ile deneyler tasarlanmış ve yanıt yüzey yöntemi kullanılarak bu parametreler optimize edilip yaşlandırma işlemi için optimum parametre değerleri belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında temel olarak üç kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda vakum infüzyon yöntemiyle farklı kürlenme sıcaklıklarında (20°C, 60°C ve 100°C) cam fiber takviyeli kompozit plaka üretimi gerçekleştirmiştir. Üretilen plakalardan kesilen çekme test numuneleri ve düşük hız darbe test numuneleri 1416 saat süresince yaşlandırma işlemine tabi tutulmuştur. Yaşlandırma parametreleri 20°C, 45°C ve 70°C su sıcaklığı ve %3, %19 ve %35 tuzluluk oranıdır. Numunelere uygulanan yaşlandırma işlemleri ve mekanik testler, merkezi kompozit tasarım yöntemi kullanılarak oluşturulmuş deneysel tasarıma uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Yaşlandırma işlemi süresince numuneler tuzlu sudan çıkarılarak belirli aralıklarla numunelerin ağırlıkları ölçülmüş ve nem emme sonucu ağırlıklarındaki artış kaydedilmiştir. Yaşlandırma işlemi sonrasında numunelere çekme ve düşük hız darbe testleri uygulanmıştır. Ayrıca, çekme test numunelerinin kopma yüzeyleri (hasar bölgeleri) taramalı elektron mikroskobu (TEM) ile incelenmiştir. Bu tez çalışmasında elde edilen sonuçları incelendiğinde, su sıcaklığının ve kürlenme sıcaklığının su emilimine olumsuz etkisi vardır. Kürleme sıcaklığı ve su sıcaklığı arttıkça su emilimi de artmaktadır. Tuzluluk oranın ise numunelerin su emiliminden meydana gelen ağırlık artışına pozitif yönde vardır, yani tuzluluk oranı artıkça numunelerin emdiği su miktarı azalmaktadır. Yaşlandırma sıcaklığı çekme dayanımındaki yüzdece değişim üzerinde ikinci dereceden bir etkiye sahipken, tuzluluk oranı doğrusal bir etkiye sahiptir. Yaşlandırma sıcaklığı, 20°C-40°C yaşlandırma sıcaklığı aralığında çekme dayanımındaki değişim üzerinde önemli bir etkiye sahip değilken, yaşlandırma sıcaklığındaki daha fazla artış, çekme dayanımı değişiminde negatif bir artışa, yani çekme dayanımının düşmesine neden olmaktadır. Artan kürlenme sıcaklığı elastisite modülünün yüzdece değişimi üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir, bu da kürleme sıcaklığının arttıkça elastisite modülünün yaşlanma sürecinden daha az etkileneceğini göstermektedir. Aksine, artan yaşlandırma sıcaklığı elastisite modülünün yüzdece değişimi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir, yani yaşlandırma sıcaklığı arttıkça elastisite modülü yaşlandırma sürecinden daha fazla etkilenmektedir. 20°C ile 45°C arasında, artan kürlenme sıcaklığı tepe kuvvetinin yüzdece değişimi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir, bu da kürlenme sıcaklığının yükseldikçe tepe kuvvetinin azaldığını göstermektedir. Orta seviye kürlenme sıcaklığında (60°C) minimum yaşlandırma sıcaklığı ve maksimum tuzluluk oranı için tepe enerjideki kayıp minimumdur. Yapılan deneyler sonucunda malzemelerin mekanik özelliklerinde azalma gözlenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu ile incelemesi sonucunda mikro yapıda ara yüz ayrılmaları, reçine kopması ve fiber kopması ve fiber sökülmesi gözlemlenmiştir Bunun en önemli nedenin matris malzemesi ile fiberler arasında ara yüzün zayıflaması ve matris malzemesinin kimyasal özelliklerinin bozulması olarak gösterilmektedir. Yanıt yüzey yöntemi kullanılarak elde edilen optimum kürlenme sıcaklığı, tuzlu su sıcaklığı ve tuzluluk oranı sırasıyla 100°C, 20°C ve %19,8'dir. Doğrulama testleri için bu parametrelere uygun olacak şekilde kompozit plaka üretimi ve yaşlandırma işlemi gerçekleştirilmiştir ve bu plakadan uygun boyutlarda kesilen numunelere çekme ve düşük hız darbe testleri uygulanmıştır. Yapılan testler sonucunda bulunan değerlerin tahmin edilen değerler ile yüksek yakınlıkta olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Yaşlandırma, Optimizasyon, Deneysel tasarım, Yanıt yüzey yöntemi, Kürlenme sıcaklığı