5.1. GERİLME KUVVETLERİ


a. Düzlem -İçi Gerilme Testleri

a.1. ASTM D3039: Polimer Matris Kompozitlerin Gerilme Özellikleri

Dikdörtgen şeklindeki ince düz bir malzeme (kupon) mekanik bir test makinesine bağlanır ve yük uygulanarak çökmeden önceki maksimum yükten, malzemenin dayanabildiği ultimat (en yüksek) kuvvet tayin edilir. Kuponun gevşemesi, malzemenin stres-strain responsu ve bundan da gerilme modülü, Poisson’s oranı ve geçiş (transition) gevşeme değerleri hesaplanır.

Test Örnekleri: Şekil-1

Ölçülen Özellikler:
 
 Pmaks. = çökmeden önceki maksimum yük (N), A = ortalama kesit alanı (mm2), d = ekstensometre yer-değiştirme (mm), Lg = ekstensometre geyç uzunluğu (mm), Ds = iki gevşeme noktası arasındaki gerilme stresi farkı, De = iki gevşeme noktası arasındaki farktır.

Geçiş değerleri, boylamasına veya enlemesine stres-strain eğrisinden tayin edilir (Şekil-2).

Şekil-1: Gerilme test örnekleri; (a) tablı ve (b) tabsız test kuponları (boyutlar mm; boyutsal toleranslar için D3039 tablo-1)

Şekil-2: Tipik gerilme-gevşeme (strain) eğrileri

a.2. ASTM D5450: Kasnak Sarım Polimer Matris Kompozit Silindirlerin Enlemesine (Transvers) Gerilme Özellikleri

İnce duvarlı bir kasnak sarım (hoop wound) silindir iki ucundan bağlanır, örnek/fikstür sistemi test makinesine yerleştirilir ve yük (gerilim) uygulanır; örneğin çökmeden önceki taşıyabildiği maksimum yükten enlemesine gerilme kuvveti tayin edilir (Şekil-1). Silindir straini izlenerek malzemenin strain-stres responsu ve bundan da çökmedeki enlemesine gerilme straini, enlemesine elastik gerilme modülü ve Poisson’s oranı hesaplanır.

Örnekler: Test örneğinin uzunluğu 140 mm (geyç uzunluğu 102 mm), iç çapı 102 ± 4 mm, nominal duvar kalınlığı 2 mm’dir. Örnekler tek bir towla kasnak sarımlıdır (~900) ve tanımlanan kalınlık kriterini karşılayacak kadar tabaka içermelidir.(Şekil-4)

 Ölçülen Özellikler:
A = p/4 (OD2 - ID2) bölgesel alan kesiti, ID ve OD = iç ve dış çaplar, Ds22 = iki strain noktası arasında uygulanan gerilme stresi farkı, De22.ort. = iki strain nokta arasındaki fark, De11.ort. = iki strain nokta arasındaki ortalama strain fark, De22.ort.= iki aksiyal strain nokta arasındaki farktır.

Ayrıca, enlemesine hassasiyet düzeltmesi (ei1, ei2, ei3) değeri ile temel strain (ei11 ve ei22), temel düzlemden dönme açısı, ortalama temel strain değerleri hesaplanabilir.


Şekil-1: Örnek ve gerilme fikstürü sistemi


Şekil-4: Test örneği ve strain geyç konfigürasyonu (boyutlar mm)

a.3. ASTM D638: Plastiklerin Gerilme Özellikleri

Bu test metodu, takviyesiz veya takviyeli plastiklerin gerilme özelliklerinin tayinini kapsar; ön-işlemleme, sıcaklık, nem ve test cihazı standartta belirtilmiştir.

Test örnekleri: Sert ve yarı sert plastikler, sert tüpler ve sert çubuklar (rod) şeklinde olabilir (Şekil-1, 2). Örnek kalınlığı 14 mm’ye kadar çıkabilir; daha kalın örneklerin inceltilmesi gerekir, <1 mm kalınlıktaki örneklerde ASTM D882 test metodu tercih edilir.)

Ölçülen Özellikler:
F ultimat gerilme kuvveti, Pmaks. çökmeden önceki maksimum yük (N), A ortalama kesit alan (mm2), det enlemesine strain değişimi, dea aksiyal stres değişimi ve dP uygulanan yük değişimidir. Ayrıca uzama ve elastiklik modülü değerleri de hesaplanabilir.

Şekil-1: Tipik gerilme test örnekleri

Şekil-2: Test makinelerine (a) çubuk tip, ve (b) tüp tip örneklerin yerleştirilmesi (boyutlar mm)

Şekil-3: Poisson’s oranı için strain (gevşeme)-yük eğrileri

b. Düzlem-Dışı Gerilme Test Metotları

 b.1. ASTM C633: Termal Sprey Kaplamaların Adezyon veya Kohezyon Kuvvetleri

Bu test metoduyla test örneğine, yüzeye normal yönde gerilim uygulanarak malzemedeki kaplamanın kohezyon kuvveti veya kaplamanın malzemeye Adezyon (yapışma) derecesi saptanır.

Metot genellikle kalite kontrolü ve kabul testi olarak kullanılır; veya termal sprey ekipmanı geliştirmede, veya yapışkanlığı geliştirilmiş termal sprey kaplamaların incelenmesinde uygulanabilir. Metot, benzer tipteki malzemelerin Adezyon veya kohezyon kuvvetlerinin kıyaslanmasına olanak verir. Şekil-2’de olası çökme şekilleri gösterilmiştir. Metotta bir gerilme test makinesi (ASTM E4) ve otomatik-dizme sistemleri (Şekil-3) kullanılır.

Test Örnekleri: Substrat (malzeme) ve yükleme fikstürleri (Şekil-1), kaplama uygulanması, kaplamanın kalınlığı (>0.38 mm), kaplama yüzeyin işlemlenmesi ve fikstürlerin takılması metotta açıklanmıştır.

Ölçülen Özellikler:
Pmaks. = maksimum yük, A = kesit alanı


Şekil-3: Otomatik-dizme sistemi

b.2. ASTM D2095: Çubuk Örneklerle Adhesivlerin Gerilme Kuvveti Testi

Test metodu, adhesivlerin relatif gerilme kuvvetinin tayinini kapsar; çubuk şeklindeki örnekler belirlenmiş şartlar altında hazırlanır, şartlandırılır ve test edilir. Metot, çeşitli adherent malzeme ile benzer veya farklı adhesivlerin birarada bulunduğu örneklere de uygulanabilir. Testte sabit, hareketli elemanlar ve bağlantı fikstürleri bulunana bir test makinesi kullanılır.

Gerilme testleri adhesivlerin gerilme kuvvetiyle ilgili çok doğru sonuçlar verir. Elde edilen veriler ürünle ilgili şartname kabulleri, servis değerlendirmesi, üretim kontrolü, araştırma ve geliştirmede kullanılır.

Test örnekleri: Çubuk tip örneklerle çalışılır; örneklerin dizaynı ve hazırlanması ASTM D2094 test metodunda verildiği gibidir. Örnek, sabit ve hareketli elemanlar arasındaki özel fikstürlere yerleştirilir (Şekil-1 ve Şekil 2)

Hesaplamalar:

Gerilme kuvveti, örneğin kırıldığı yükün bağlanmış yüzeyin alanına bölünmesiyle hesaplanır. Her test serisi için elde edilen verilerin aritmetik ortalaması alınır ve ortalama gerilme kuvveti olarak rapor edilir.