ASTM D3039/D3039M Polimer Matris Kompozit Malzemelerin Çekme Özellikleri

Amerikan Test ve Malzeme Kuruluşu (ASTM) tarafından geliştirilen “ASTM D3039/D3039M Polimer matris kompozit malzemelerin çekme özellikleri için standart test yöntemi” standardında, yüksek modüllü liflerle güçlendirilmiş polimer matris kompozit malzemelerin düzlem içi çekme özellikleri açıklanmaktadır. Kompozit malzeme formları, laminatın test yönüne göre dengeli ve simetrik olduğu sürekli lif veya kesikli lif takviyeli kompozitlerle sınırlıdır.

Bu standardın amaçları doğrultusunda, yüksek modüllü elyaflar ve bunların kompozitleriyle ilgili olarak ASTM D3878 standardında, plastikler ile ilgili olarak ASTM D883 standardında, mekanik testlerle ilgili olarak ASTM E6 standardında ve istatistikler ile ilgili olarak ASTM E456 ve ASTM E177 standartlarında verilen terimler ve tanımlar geçerlidir. Terimler arasında bir çelişki olması durumunda, ASTM D3878 standardı diğer standartlara göre önceliğe sahiptir. Bunun yanı sıra şu tanımlar geçerlidir:

• Nominal değer, sadece isimde var olan, ölçülebilir bir özelliğe uygun bir tanımlama amacıyla atanmış bir değeri ifade eder. Özellik için kabul edilebilir bir aralık tanımlamak üzere nominal bir değere toleranslar uygulanabilir.
• Geçiş bölgesi, bir gerilim-gerinim veya gerinim-gerinim eğrisinin, eğrinin eğiminde küçük bir gerinim aralığında önemli bir değişimin meydana geldiği bir gerinim bölgesidir.
• Geçiş gerinimi, bir çift doğrusal gerilim-gerinim veya gerinim-gerinim eğrisinin iki esasen doğrusal kısmı arasındaki geçiş bölgesinin orta aralığındaki gerinim değeridir. Birçok filamentli kompozit malzeme, kuvvet uygulaması sırasında esasen iki doğrusal davranış gösterir, örneğin uzunlamasına gerilime karşı uzunlamasına gerinim veya enine gerinime karşı uzunlamasına gerinim grafiklerinde görüldüğü gibi. Bir geçiş bölgesinin varlığına dair çeşitli fiziksel nedenler vardır. Yaygın örnekler şunlardır: çekme kuvveti uygulaması altında matris çatlaması ve katman delaminasyonu.

Testler uygulanırken sabit dikdörtgen kesitli ince düz bir malzeme şeridi mekanik bir test makinesinin kavramalarına yerleştirilir ve kuvvet kaydedilirken monotonik olarak gerilimle yüklenir. Malzemenin nihai mukavemeti, arızadan önce taşınan maksimum kuvvetten belirlenebilir. Kupon gerginliği gerginlik veya yer değiştirme dönüştürücüleriyle izlenirse, malzemenin gerilim-gerinim tepkisi belirlenebilir ve bundan nihai çekme gerginliği, çekme elastiklik modülü, Poisson oranı ve geçiş gerginliği türetilebilir.

Bu test yöntemi, malzeme özellikleri, araştırma ve geliştirme, kalite güvencesi ve yapısal tasarım ve analiz için çekme özelliği verileri üretmek üzere tasarlanmıştır. Çekme tepkisini etkileyen ve bu nedenle raporlanması gereken faktörler şunları içerir: malzeme, malzeme hazırlama ve yerleştirme yöntemleri, numune istifleme sırası, numune hazırlama, numune şartlandırma, test ortamı, numune hizalama ve kavrama, test hızı, sıcaklıktaki süre, boşluk içeriği ve hacim yüzdesi takviyesi.

Bu test yönteminden elde edilebilecek test yönündeki özellikler şunları içerir:

• Nihai çekme dayanımı
• Nihai çekme gerilmesi
• Çekme akoru elastiklik modülü
• Poisson oranı
• Geçiş gerilmesi

Müdahaleler bu standartta şu şekilde açıklanmaktadır:

• Malzeme ve numune hazırlama: Kötü malzeme üretim uygulamaları, elyaf hizalamasının kontrol eksikliği ve uygunsuz kupon işlemeyle oluşan hasar, kompozitlerde yüksek malzeme verisi dağılımının bilinen nedenleridir.
• Tutma: Özellikle yüksek malzeme verisi dağılımı ile birleştiğinde, tutma kaynaklı arızaların yüksek yüzdesi, numune tutma sorunlarının bir göstergesidir. Numune tutma yöntemleri bu standartta ayrıntılı olarak ele alınmıştır.
• Sistem hizalaması: Aşırı bükme, erken arızaya ve son derece yanlış elastiklik modülü belirlemesine neden olur. Test sisteminden aşırı bükmeyi ortadan kaldırmak için her türlü çaba gösterilmelidir. Bükülme, yanlış hizalanmış tutma yerlerinden veya tutma yerlerine uygunsuz şekilde takılmış numunelerden veya kötü numune hazırlama nedeniyle tolerans dışından kaynaklanabilir. Belirli bir test makinesinde bulunan hizalama konusunda herhangi bir şüphe duyulursa, hizalama bu standartta ele alındığı şekilde kontrol edilmelidir.
• Açı katmanlı laminatlarda kenar etkileri: Eksen dışı katmanlar içeren laminatlarda kenar yumuşamasının bir sonucu olarak erken arıza ve daha düşük sertlikler gözlemlenir. Bu nedenle, açı katmanlı laminatların mukavemeti ve modülü büyük ölçüde hafife alınabilir. Önemli 0 derece katmanlar içeren yarı izotropik laminatlar için etki o kadar önemli değildir.

ASTM D3039/D3039M standardı, karbon fiber veya fiberglas takviyeli plastikler gibi polimer matris kompozit malzemelerin çekme özelliklerini ölçmek için tutarlı ve güvenilir bir yöntem sağladığı için gereklidir. Bu standardın önemli olmasının başlıca nedenleri şunlardır:

• Karşılaştırılabilir veriler sağlar: Standartlaştırılmış bir yöntem olmadan, farklı laboratuvarlar veya üretici firmalar farklı test kurulumları, numune boyutları veya gerinim oranları kullanabilir. Bu standart, çekme testi sonuçlarının tekrarlanabilir ve sektör genelinde karşılaştırılabilir olmasını sağlar.
• Malzeme tasarımını destekler: Mühendisler, çekme dayanımı, elastiklik modülü ve Poisson oranı gibi bu standartta açıklanan testlerden elde edilen verileri şu amaçlarla kullanır:
  • Malzemelerin stres altında nasıl davranacağını tahmin etmek
  • Yük taşıyan uygulamalar için uygun malzemeleri seçmek
  • Arıza analizi ve yorulma değerlendirmeleri yapmak
• Kalite kontrol: Üretici firmalar, her kompozit malzeme partisinin tasarım ve performans beklentilerini karşılamasını sağlayarak kalite güvencesi için bu standarda güvenir.
• Uyumluluk ve sertifikasyon: Özellikle havacılık, otomotiv ve savunma olmak üzere birçok endüstri, malzemelerin ve bileşenlerin belirli standartları karşılamasını gerektirir. Bu standart, düzenleyici ve müşteri gereksinimlerine uyum için tanınmış bir ölçüt sağlar.
• Yapısal güvenlik: Gerilme özelliklerini doğru bir şekilde ölçerek, mühendislerin yetersiz veya aşırı tasarımdan kaçınmasına yardımcı olur ve hem arıza riskini hem de gereksiz malzeme kullanımını azaltır.

Yıllardır çok geniş bir yelpazede gerçekleştirdiği test, ölçüm, analiz ve değerlendirme çalışmaları ile her sektörden işletmelere destek olmaya çalışan kuruluşumuz, bilim ve teknoloji alanında dünyada yaşanan gelişmeleri yakından takip eden ve sürekli kendini geliştiren güçlü bir çalışan kadrosuna sahiptir. Bu çerçevede işletmelere “ASTM D3039/D3039M Polimer matris kompozit malzemelerin çekme özellikleri için standart test yöntemi” standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.