Elyaf Takviyeli Polimerik Kompozit Malzemelerin Geliştirilmesi
Termoset ve termoplastik esaslı elyaf (karbon, cam, aramid v.b.) takviyeli kompozitlerin gelişritilmesi, tasarımı, modellemesi, prototip imalatı, mekanik, termal, mikroyapı karakterizasyonu ile darbe ve balistik performansının test edilmesine yönelik değişik kapsamda projeler sürdürülmektedir. Kompozit ara tabakalarının delaminasyon direnci ve kırılma tokluk özelliklerinin elektro eğirme yöntemi ile üretilen nanolifler ile iyileştirilmesi başarılı olmuştur. Belirtilen kompozitlerin Al, balsa, PP, PVC v.b. gözenekli ya da balpeteği şekilli ara tabaka (core) malzemeler ile laminasyonu ile sandwich malzemelerin geliştirilmesi, bunların mekanik ve enerji absorblama karakteristiklerini inceleme üzerinede çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Termoplastik PP v.b. filamentlerin cam elyaflar ile karışımı sağlanarak hibrid (commnigled) filamentelerin ve 2D dokumaların geliştirilmesi, elde edilen preformların ısı-basınç altında şekillendirilmesi (termoforming) ve elde edilen protiplerin karakterizasyonuna yönelik araştırmalar sürdürülmektedir.
Patlama Etkisine Karşı Koruyucu Zırh Geliştirilmesi (Milli Savunma Bakanlığı Projesi (TÜBİTAK destekli proje, Barış Elektrik A.Ş. ve Gazi Üniversitesi eş yürütücülüğünde)
Zırh sistemlerinde yüksek enerji absorblama kapasitesine sahip fiber-metal lamina sistemler (FML) yeni bir malzeme konfigürasyonu olarak kullanılmaktadır. FML lerin gelişiminde termoset matrisli kompozitler yerine elyaf ile mukavetlendirilmiş termoplastik esaslı kompozitler özellikle enerji absorblama, tokluk ve üretim esnekliği yönünden daha olumlu sonuçlar vermektedir. Termoplastik esaslı kompozit ve Al levhalardan ieren FML sandviç laminat kabuk ile metal köpük den oluşan yapılar patlama etkilerine karşı alternatif anti-blast sistemi olarak uygulama potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada, cam elyaf takviyeli polipropilen (CETPP) kompozit yapılar ve Al levhalardan oluşan FML sistemleri geliştirilmektedir. CETPP/Al levha sistemine gözenekli malzemenin de eklenmesiyle sandviç yapılar elde edilmiştir. Farklı kalınlıkta malzeme bileşenlerinin yer aldığı sandviç laminatların basma ve eğme davranışları ile beraber enerji absorbsiyon karakteristikleri mekanik testler ile ölçülmüştür. Tabakalı laminant yapı bileşenleri arasındaki bağlanma mukavemetleri ayrıca test edilerek arayüzey mukavemet özellikleri arttırmaya yönelik yüzey modifikasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Test panellerinin dinamik patlama testleri ile davranışları ve performansları karakterize edilmiştir.
Hafif Kompozit Zırh Malzemelerinin Geliştirilmesi (DPT projesi)
Savunma sanayi uygulamalarında, askeri ve sivil zırhlı araçlar ve personel korumaya yönelik zırh sistemlerinin ağırlıklarını önemli ölçüde azaltmak ve böylece bu sistemlerin hareket kabiliyeti ve taşınım kolaylığını geliştirmek için yenilikçi yaklaşımlara ihtiyaç vardır. İdeal bir zırh malzemesi, birtakım balistik (tek ve çok atışlı kurşun geçirmezlik, enerji absorblama, şok bastırma, dinamik eğilme dayanımı) ve yapısal (mukavemet, sertlik, çevre koşullarına dayanım, hasar tolare etme) performans karakteristiklerinin kombinasyonunu gerektirir. Mevcut hiçbir malzeme tek başına bu gereksinimleri karşılayamadığı için bu ihtiyaçları karşılayabilecek hibrid yapıların tasarımı önemli yer tutmaktadır. Kompozit malzemeler hafif ve çok fonksiyonlu zırh malzemelerinin gelişiminde önemli bir rol oynamaktadır. Bu araştırmalar kapsamında, polimer ve seramikler ve aynı esaslı malzemelerin fiberler (elyaf) ile mukavemetlendirilmiş kompozitlerine dayalı çok fonksiyonlu çok tabakalı kompozit zırh sistemleri geliştirilmektedir. Üretilen kompozit yapıların mekanik davranışı ile balistik performansları araştırılmaktadır.Geliştirilen kompozit zırhta, prosesmikroyapı-performans ilişkisi birtakım fiziksel, mekanik ve balistik testler sonucunda belirlenmektedir.
Nano kompozit malzemelerin geliştirilmesi
TÜBİTAK- Almanya BMBF, SANTEZ, TÜBİTAK destekli projeler
Bu alanda değişik kapsamda projeler sürdürülmektedir. Karbon nanotüp dolgulu nanokompozitlerin üretilmesi ve üretilen malzemelerin fiziksel, elektriksel, mekanik ve termal özelliklerinin karakterizasyonu gerçekleştirilmektedir. Nanotüplerin 3-roll milling tekniği kullanılarak reçine içerisinde dağılımı elde edilmiştir. Nanotüp içeren reçine süspansiyonları matris olarak kullanılarak cam fiber takviyeli kompozitler vakum destekli reçine kalıplama metodu (VDRK) ile üretilmiş ve malzeme özellikleri açığa çıkarılmıştır.
Nano boyutta Ag, ZnO, TiO2 v.b. dolgu malzemesinin eklenmesi ile kompoze taşa (yapı malzemesi) antibakteriyel özellik kazandırılması çalışılmıştır. Üretilen numuneler bazı mikroorganizmalara karşı test edilip, antibakteriyel etkinliği belirlenmiş ve optimum bir değere ulaştırılmıştır. Proje kapsamında ortaya konacak özgün yaklaşımlar ve katkılar ile ülkemizde ilk defa, antibakteriyel kompoze taş ürünlerinin üretimi ve ekonomiye kazandırılması için gerekli bilgi birikiminin oluşturulmuştur. Geliştirilen antimikrobiyal özellikteki kompoze taşlar sayesinde insan sağlığına daha az zararlı ve daha steril ortamlar yaratmak, yaşam kalitesini artırmak ve tüm bunları yaparken ülke ekonomisine de katkıda bulunmak amaçlanmıştır.
Termoset, termoplastik ve elastomerik malzeme - kil tabakalarından oluşan nanokompozitlerin üretilmesi, proses parametrelerinin geliştirilmesi ve üretilen malzemelerin karakterizasyonu çalışmalardan birisidir. İnorganik kil tabakalarının bir birinden ayrılıp (delaminasyon), matriks içerisinde homojen biçimde dağılım gösterdiği (exfoliated) mikroyapının oluşumu için, kil partikülleri değişik yüzeyaktif malzemeler ile modifikasyona tabi tutulmaktadır. Üretilen nanokompozitlerin mekanik, termo-mekanik ve termal davranışının karakterizasyonu proje konusunu oluşturmuştur.
Akma ile kalınlaşan sıvıların (shear thickening fluid) nanopartiküllerden geliştirilmesi
Akma ile kalınlaşan sıvı (shear thickening fluid) nano boyutta silika yada benzeri partiküllerin polimer bir sistem içerisinde oluşturduğu süspansiyondan elde edilebilmektedir. Düşük yükleme hızlarında, bu malzemelerin akışkanlığı akma (shear) oranı artışıyla birlikte artmaktadır. Fakat belli yükleme hızı değeri üzerinde, akışkanlıkta ani bir düşüş meydana gelmekte ve malzeme katı gibi davranmaktadır. Akma ile kalınlaşan sıvı (shear thickening fluid) özelliği bu malzemelerin balistik / darbe uygulamalarda kullanım potansiyelini oluşturmaktadır. Uygulamalarda kullanıcının günlük normal hareketlerinde düşük hızlı deformasyonlardan dolayı akışkan elastik malzeme gibi davranacak ve kullanıcın hareketini sınırlandırmayacaktır. Ancak, dinamik yüklemelerinde ise akma ile kalınlaşma(shear thickening) meydana geleceği için sıvı süspansiyon viskoz ve rijit bir malzeme haline gelmekte ve enerji absorblama yeteneği ile penetrasyonunu önemli seviyede etkileyecektir.
Otomotiv Sektörüne Yönelik Kompozit Malzeme Esaslı Yaprak Yay Sistemlerinin Tasarımı ve Üretim Tekniklerinin Geliştirilmesi (SANTEZ Projesi)
Otomotiv sektöründe de, diğer sektörlerde olduğu gibi, yerine daha hafif ve performanslı malzemelerin arayışı hız kazanmıştır. Kompozit malzemeler bu amaçla değerlendirilebilecek en önemli alternatif malzeme adaydır. Çelik ile kıyaslandığında, hafiflik yanında üstün yorulma performansı, korozyon ve kimyasal ortamlarda gösterdiği dayanımı ile proses esnekliği nedeni ile kompozitler yaprak yay imalatında ön plana çıkmaktadır. Bu projede, ticari araçlarda kullanılabilecek nitelikte fiber takviyeli polimerik kompozit esaslı yaprak yay protipleri geliştirilmiştir. Bu kapsamda, kompozit esaslı yaprak yay davranışının sonlu elemanlar tekniği ile modellenmesi, bunlara uygun kompozit malzeme bileşenlerinin ve konfigürasyonlarının belirlenmesi gerçekleştirilmiştir. Malzeme seçimi ve kompozit yapı tasarımı, malzeme test fiziksel test sonuçları ve yaprak yay prototipi mekanik davranışı arasında ilişkinin ve döngünün sağlanması tamamlanmıştır. Optimum özelliklerde ve sınır değerlerine uygun olarak proje kapsamında tasarlanan yaprak yay protiplerinin üretimi tamamlanmıştır. Yaprak yay prototipinin davranışının simüle edilmiştir. Proje kapsamında ortaya konan yaklaşımlar ve katkılar ile ülkemizde ilk defa kompozit yaprak yay ürünlerinin üretimi ve ekonomiye kazandırılması için birikimin oluşturulması sağlanmıştır.
