ASTM D3171 Kompozit Malzemelerin Bileşen İçeriği için Standart Test Yöntemleri

Amerikan Test ve Malzeme Kuruluşu (ASTM) tarafından geliştirilen, “ASTM D3171 Kompozit malzemelerin bileşen içeriği için standart test yöntemleri“ standardında tanımlanan test yöntemleri, kompozit malzemelerin bileşen içeriğini iki yaklaşımdan biriyle belirler:

• Test yöntemi I, sekiz işlemden biriyle matrisi sindirim, yakma veya karbonizasyon yoluyla fiziksel olarak uzaklaştırır ve takviyeyi esasen etkilemeden bırakarak takviye veya matris içeriğinin (ağırlık veya hacim olarak) yanı sıra boşluk hacmi yüzdesinin hesaplanmasına olanak tanır.
• Test yöntemi II, sadece bilinen lif alanı ağırlığına sahip laminat malzemeler için geçerlidir ve laminatın ölçülen kalınlığına dayanarak takviye veya matris içeriğini (ağırlık veya hacim olarak) ve kürlenmiş katman kalınlığını hesaplar. Test Yöntemi II, boşluk hacminin ölçümü için geçerli değildir.

Bu test yöntemleri öncelikle iki bileşenli kompozit malzeme sistemleri için tasarlanmıştır. Bununla birlikte, bu test yöntemlerini ikiden fazla bileşene sahip dolgulu malzeme sistemlerine genişletmek için özel hükümler getirilebilir, ancak her durumda tüm test sonuçları belirlenemez.

Tanımlanan prosedürler, belirli polimer veya metal matris sınıfları için özellikle etkili olacak şekilde tasarlanmıştır.

Test yöntemi I, takviye malzemesinin sindirim veya tutuşturma ortamından veya karbonizasyondan esasen etkilenmediğini varsayar. Takviye malzemesindeki küçük değişiklikler için sonuçların düzeltilmesi prosedürü de dahil edilmiştir. A’dan F’ye kadar olan prosedürler matrisin kimyasal olarak uzaklaştırılmasına dayanırken, G prosedürü matrisi fırında yakarak uzaklaştırır. H prosedürü ise matrisi fırında karbonize eder.

Test yöntemi II, takviye malzemesi formunun lif alanı ağırlığının bilindiğini veya kabul edilebilir bir toleransa kadar kontrol edildiğini varsayar. Boşlukların varlığı ölçülmez.

Kompozit malzemenin bileşen içeriğinin bilinmesi, takviye veya matrisin etkilediği kompozitin malzeme özelliklerini (mekanik, fiziksel, termal veya elektriksel) analitik olarak modellemek için gereklidir. Ayrıca, bileşen içeriğinin bilinmesi, imal edilmiş bir malzemenin kalitesinin ve imalat sırasında kullanılan süreçlerin değerlendirilmesi için de gereklidir.

Kompozit bir malzemenin boşluk hacmi, bazı mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilir. Daha yüksek boşluk hacimleri genellikle daha düşük yorulma direnci, nem penetrasyonuna ve hava koşullarına karşı daha fazla hassasiyet ve mukavemet özelliklerinde artan varyasyon veya dağılım anlamına gelir. Kompozit bir malzemenin boşluk hacminin bilinmesi, kompozitin kalitesinin bir göstergesi olarak arzu edilir.

Takviye içeriği, numunedeki takviye miktarından etkilenen mekanik özellikleri normalleştirmek için kullanılabilir.

Kısaca ASTM D3171 standardı, polimer matrisli kompozit malzemelerin, örneğin karbon fiber, cam elyaf kompozitler gibi, bileşen içeriğini belirlemek için standartlaştırılmış test yöntemleri sağlar. Bu standart, kompozit bileşiminin hassas bir şekilde bilinmesinin kalite kontrolü, performans tahmini ve süreç doğrulaması sağladığı havacılık, otomotiv, rüzgar enerjisi, denizcilik ve spor ekipmanları gibi sektörlerde çok önemlidir.

Bir kompozitteki takviye (örneğin lifler), matris (örneğin reçine) ve boşlukların tam miktarlarını bilmek kritik öneme sahiptir çünkü:

• Bileşen içeriği, mekanik, termal, fiziksel ve elektriksel özellikleri doğrudan etkiler.
• Malzemenin analitik modellemesine olanak tanır.
• Üretim kalitesini değerlendirir: daha yüksek boşluk içeriği genellikle yorulma direncini azaltır, neme duyarlılığı artırır ve mukavemet değişkenliğine neden olur.
• Takviye içeriği, mekanik özellikler için test sonuçlarını normalleştirebilir.

Bu standart, şunları belirlemek için iki ana test yaklaşımını kapsar:

• Takviye içeriği (ağırlık veya hacim olarak)
• Matris içeriği (ağırlık veya hacim olarak)
• Boşluk hacmi yüzdesi (esas olarak Test yöntemi I aracılığıyla)

Çeşitli kompozit formlarına uygulanır, ancak sınırlamalarla (örneğin test yöntemi II sadece bilinen lif alanı ağırlığına sahip laminatlar için geçerlidir):

• Test yöntemi I Matrisin çıkarılması (birincil / yıkıcı yaklaşım): Bu yöntem, standartta listelenen sekiz seçenekten birini kullanarak matrisi takviye malzemesinden fiziksel olarak ayırır:
• Sindirim: Reçinenin asitler (örneğin nitrik asit, sülfürik asit, hidroklorik asit), bazlar (örneğin sodyum hidroksit, etilen glikol/potasyum hidroksit) veya diğer çözücüler kullanılarak kimyasal olarak parçalanması.
• Ateşleme / yakma: Fırında termal ayrışma (yüksek sıcaklıklara dayanabilen karbon veya cam elyaflar için yaygındır).
• Karbonizasyon veya mikrodalga destekli yöntemler (örneğin, nitrik asit + mikrodalga).

Bu yöntemde şu adımlar izlenir: Kompozit numune tartılır. Takviye malzemesi sağlam bırakılarak matris çıkarılır ve yıkılır. Kalan takviye malzemesi tartılır. Şu değerler hesaplanır:

• Elyaf / reçine ağırlık oranları
• Hacim oranları (elyaf, reçine ve kompozitin bilinen yoğunluklarını kullanarak)
• Boşluk hacmi oranı (teorik ve ölçülen yoğunluk arasındaki farklardan)

Bu yöntem çoğu kompozit için geçerlidir ve boşluk içeriğini doğrudan ölçer.

• Test yöntemi II Hesaplamaya dayalı (içerik için tahribatsız, sınırlı uygulama): Bu yöntem, sadece elyaf alan ağırlığının (katman başına birim alan başına elyaf kütlesi) bilindiği (malzeme spesifikasyonundan veya ölçümünden) laminatlar için geçerlidir.

Bu yöntemde şu adımlar izlenir: Laminatın toplam kalınlığı ölçülür. Şu değerler hesaplanır:

• Takviye içeriği (ağırlık / hacim)
• Matris içeriği
• Kürlenmiş katman kalınlığı

Bu yöntem boşluk hacmi belirleme için uygun değildir.

Temel hesaplamalar şunlardır:

• Takviyenin ağırlık oranı
• Hacim oranı
• Boşluk içeriği (yüzde): Genellikle yoğunluk karşılaştırmasından elde edilir: teorik yoğunluk (karışım kuralı) ile ölçülen gerçek yoğunluk.

Bu testlerde hassas terazi, fırın / muffle, sindirim kapları, filtrasyon düzeneği kullanılır. Asitlerle, yüksek sıcaklıklarla, dumanlarla çalışırken uygun havalandırma ve kişisel koruyucu ekipman gereklidir.

Numuneler, belirtilen boyutta kesilir, gerekirse kurutulur.

Tekrarlanabilirlik için standartta hassasiyet ve sapma verileri yer almaktadır.

Bu standart, kompozit karakterizasyonu için temel bir unsur olmaya devam etmektedir. Genellikle yoğunluk testleri (örneğin ASTM D792 standardı) veya tam malzeme yeterliliği için diğer yöntemlerle birlikte referans gösterilmektedir.

Kuruluşumuz, yıllardır yetkin ve deneyimli bir kadro ile müşterilerinin ihtiyaçlarını anlamakta, ihtiyaç duydukları ileri test hizmetlerini vermekte ve yönetim sistemlerinin kurulması, uygulanması ve iyileştirilmesi konusunda yardımcı olmaktadır. Bu çerçevede işletmelere ASTM D3171 standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.