Çevresel etkilere maruz kompozit malzemelerin aşınması / Abrasion of composite materials exposed to environmental effects

Abstract

Günümüzde, endüstriyel uygulamaların her geçen gün artması daha iyi özellikleri taşıyan malzeme gereksiniminin doğmasına neden olmuştur. Bu gereksinimler, daha iyi özelliklere sahip kompozit malzemelerin geliştirilmesine yol açmıştır. Özellikle son yarım yüzyılda kompozit malzemelerdeki üretim büyük ölçüde artmıştır. Kompozit malzemeler geleneksel malzemelere göre daha yüksek dayanım/yoğunluk ve elastisite modülü/yoğunluk oranlarına sahip olduklarından dolayı tercih edilirler. Birbirleriyle temas halinde çalışan tüm makine elemanlarında ve yapılarda yüzey pürüzlülüğü nedeniyle aşınma olayının meydana gelmesi kaçınılmazdır. Aşınma neticesinde bu elemanlar kendilerinden beklenen fonksiyonları tam olarak yerine getiremezler. Makine parçalarının yapımında kullanılan malzemelerde, çalışma koşullarında beklenilen en önemli özelliklerden bir tanesi de aşınmaya karşı gösterdikleri dirençtir. Günümüzde hemen hemen sanayinin tüm alanlarında sıklıkla kullanılan kompozitlerin çalıştıkları ortamlarda aşınma etkileri altında nasıl davranış göstereceklerinin önceden tespiti önem arz etmektedir. Bu çalışmada, farklı çevresel (toprak, su, güneş) etkilere maruz karbon ve aramid elyaf takviyeli kompozit malzemelerin kuru kayma şartlarında mikroyapıları veaşınma davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Kompozit malzemelerin üretiminde Vakum Destekli Reçine Infüzyon Tekniği(VDRIT) kullanılmıştır. Çevresel koşullar etkisindeki aramid ve karbon elyaflı kompozit malzemelere uygulanan yükün, çevre faktörünün ve bu etkilere maruziyet sürelerinin sürtünme katsayılarına ve aşınma miktarlarına olan etkileri bu çalışma ile ortaya konarak çevresel koşullara maruz kompozitlerin aşınma davranışları hususunda önemli bilgiler elde edilmiştir. Aşınma deneyleri, 10N, 20N, 30 N gibi üç farklı yük altında ve 0,2 m/s hızında yapılmıştır. Deneylerdeki aşınma ağırlık kaybı olarak tespit edilmiştir. Ağırlık kayıpları 10N, 20N, 30 N yükler uygulandıktan sonra ölçülmüştür. Testler üç benzer numune üzerinde yapılarak ortalama değerleri alınmıştır. Literatürde bulunan sonuçlara benzer olarak bu çalışmada da, aramid ve karbon elyaf takviyeli kompozit malzemelerin farklı çevresel etkilere maruz bırakıldıklarında sürtünme katsayısılarında azalmalar, ağırlıkça aşınma miktarlarında ise artışlar tespit edilmiştir. Bu değişimlerde maruziyet süresine bağlı olarak artışlar görülmüştür. Bu çalışmayla elde edilen bilgi ve verilerin kullanımı, kompozitten üretilmiş olan makina elamanlarının farklı çevre şartlarında kullanımı ve malzeme seçimi konularında yol gösterici olacaktır. Today, the ever-increasing number of industrial applications has led to the need for materials with better characteristics. These requirements have led to the development of composite materials with better properties. Especially in the last half century, the production in composite materials has increased to a great extent. Composite materials are preferred because of having higher strength / density and modulus / density ratios than conventional materials. Due to the surface roughness, occurance of the abrasion is inevitable in all machine elements and structures which are in contact. As a result of abrasion, these elements can not fulfill the functions expected from them. One of the most important properties expected in working conditions in the materials used in producing machine parts is the resistance against abrasion. Presently, it is important to know how composites that are used frequently in almost all areas of the industry will behave under the effects of abrasion in the environments they work in. In this study, microstructures and abrasion behaviors of carbon and aramide fiber reinforced composites subjected to different environmental (soil, water, solar) influences under dry shear conditions were experimentally investigated. Vacuum Assisted Resin Infusion Technique (VDRIT) was used for the production of composite materials. The effects of load applied to aramid and carbon fiber composites under environmental conditions, environmental factors and exposure times of these effects on friction coefficients and abrasion amounts were investigated in this study to obtain important information on abrasion behaviors of composites exposed to environmental conditions. The abrasion tests were carried out under three different loads of 10N, 20N, 30N and at a speed of 0,2 m/s. The abrasion in the experiments was determined as weight loss. Weight losses were measured after application of 10N, 20N, 30N loads. The tests were carried out on three similar samples and their mean values were taken. Similar to the results in the literature, in this study, the friction coefficients of the aramid and carbon fiber-reinforced composite materials were reduced when they were subjected to different environmental influences, as the increase in the amount of abrasion by weight was found. Increases in these changes were observed, depending on the duration of exposure. The use of information and data obtained through this study will guide the selection of composite materials and the selection of materials for use in different environmental conditions.