1.4. FİBERLERİN MEKANİK TESTLERİ

a. Gerilme Özellikleri

Bir örneğin çökmesinde fiberin stresi testte kullanılan malzemeye göre değişir; örneğin, tipik karbon fiberler için çökmedeki nominal ölçülen fiber kuvvetleri birbirlerinden oldukça farklıdır: Karbon fiber standart modülleri bir filament için 4100 MPa, bir impregne tow için 4000 MPa’dır. Bu veriler kompozit gerilme kuvvetinin, fiber ve matrisin özellikleri ve arayüz karakteristiklerinin de bulunduğu çeşitli faktörlere bağlı olduğunu gösterir.

Filament gerilme testi için ASTM D3379, tow gerilme testi için ASTM D4018 test metotları tipik örnekler olarak verilebilir.

a.1. ASTM D3379: Yüksek-Modül Tek Filament Malzemelerin Gerilme Kuvveti ve Young’s Modülü

Test örneğinden rastgele filamentler seçilir, özel delikleri olan tablara (uçlar) merkezi olarak yerleştirilir (tablar, örnek çeneler arasında eksensel konumda olacak şekilde konumlandırılmıştır) ve sabit bir strain hızında stres uygulanır. Bu metotta filamentin kesit alanı planimetre ölçümleriyle tayin edilir. Alternatif bazı metotlar da vardır; örneğin, optik geyçler, imaj splitting mikroskop, v.s. gibi. Kesit alanı ve yük-uzama değerlerinden gerilme kuvveti ve Young’s modül hesaplanır.

Gerilme kuvveti ve Young’s modülü, yük-uzama değerleri ve kesit alanı ölçümlerinden hesaplanır.

Test Örnekleri: Test örnekleri genellikle strand bundle’dan dikkatlice alınan tek filamentlerdir; buradaki en kritik konu filamentin hasarlanmaması veya diğer bir filamentle birleşmemesi ve yeterli derecede uzun olmasıdır.

Ölçülen Özellikler:

a_f = bir filamentin alanı (mm²), N = ölçülen filament sayısı, M_f = foto mikrograf büyütme faktörü, F = çökme kuvveti (N), I = yük-zaman eğrisi düz kısmının eksrapole değeri (mm), H = karşıt başlık hızı (mm/s), P = tüm kuvvet (N), S = kâğıt hızı (mm/s), C_s = sistem uyumluluğu (mm/N), L = örnek geyç uzunluğu (mm).

Şekil-1: Test örneğinin yerleştirilmesi

a.2. ASTM D4018: Sürekli Filament Karbon ve Grafit Fiber Towların Özellikleri

Bu test metotları reçine-impregne ve konsolide karbon fiber towların gerilme kuvveti ve modül tayini işlemleri ile kütle/ uzunluk, yoğunluk, reçine miktarı işlemlerini kapsar.

Reçine impregne yarn, strand, roving veya towların çöktükleri gerilme yükünden özellikleri tayin edilir. Gerilme özelliklerine impregne reçinenin etkisini minimuma indirmek için bazı önlemler alınmalıdır: Reçine fiberle uyumlu olmalı, kürlenmiş örnekteki reçine miktarı en düşük düzeyde bulunmalı, yarn, strand, roving veya tow filamentleri paralel konumda yerleştirilmeli, Reçinenin strain (gevşeme) yeteneği filamentlerinkinden daha büyük olmalıdır.

ASTM D4018 Metot I’de griplerdeki (kavramalar) test örneğine yük uygulandığında örneğin kaymaması için Şekil-1 (a) ve (b)’de şematik olarak gösterilen özel dökme-reçine tab ve grip dizaynlar kullanılır. Örneğin güvenli bir şekilde yerleştirebildiği alternatif metotlar da kullanılabilir. Metot II’de özel grip mekanizmaları gerekmez, standart kauçuk kaplı çeneler yeterlidir.

Test Örnekleri: Bu testte üç farklı tipte örnek kullanılabilir; Kütle/uzunluk örneği, yoğunluk örneği, ve gerilme test örneği.

Ölçülen Özellikler:

RC = reçine miktarı (%), W₁ = örneğin kütlesi (g), L = örneğin uzunluğu (m), MUL (the Mass per Unit Length of the sized fiber) = kütle / fiber uzunluğu (g/m), P = maksimum yük (N), r_f = fiberin yoğunluğu (g/cm³), P_u = en üst strain gerilme yükü (N), P_l = en alt strain gerilme yükü (N), e_u = üst strain sınırı, e_f = alt strain sınırı

Şekil-1: (a) Dökme reçine tablara yerleştirilmiş test örneği, (b) yüksek yük gerilme örnek gripleri

b. Filament Sıkıştırma Testi

Tek filamentlerin sıkıştırma kuvvetlerinin ölçülmesinde ‘dinamik recoil’ testleri kullanılabilir; test metodu geliştirilme aşamasında olduğundan genellikle kullanılmaz.

Aşağıda organik bazı fiberlere uygulanan tipik bir sıkıştırma gevşemesi testi verilmiştir.

Organik fiberler (aramid, polietilen veya poliarilat gibi) tensile yükleme altında çok yüksek performans gösterirler; sıkıştırma (kompresiv) yük altında ise bu fiberlerin modül ve kuvvetleri tensile özelliklerine kıyasla daha düşüktür. Sıkıştırılan fiberlerde tipik kink (burulmuş) bandlar meydana gelir; bu bandların oluşumu fiberdeki kalıntı gerilimi, dolayısıyla fiberin mekanik özelliklerini etkiler.

Monofilament sıkıştırma testinde polikarbonat bir levha yüzeyine 3 filament (1 mm aralıklarla) polivinilalkolle yapıştırılır. Monofilamentlere üç-nokta bending testi uygulanır.

Polikarbonat levha yüzeyinde sıkıştırma-gevşeme dağılımı (Şekil-1a) aşağıdaki eşitlikle verilir:

e_c: kritik sıkıştırma-gevşemesi (strain), P: polikarbonat levhaya uygulanan yük, L: destek noktaları arasındaki mesafe, Z: kısmın modülü, E: polikarbonatın modülüdür. Yükleme noktası ve bu noktadan en uzak mesafedeki kink (deforme, bozuk) bandın bulunduğu nokta arasındaki uzunluk ‘kritik sıkıştırma mesafesi’ olarak tanımlanır.

GERİ