Deniz araçlarındaki kompozit malzemelerin tek bindirmeli yapıştırmalı bağlantıları üzerine deniz suyu etkisinin ve hasar oluşumunun incelenmesi

Abstract

Kompozit, en az iki malzemeden oluşan makroskobik yapılardır. Kompozit malzemelerin geleneksel malzemelere göre avantajları olan ağırlık, mukavemet, rijitlik, korozyon direnci ve şekillendirilebilirlik özelliği bu malzemelerin kullanımını giderek arttırmaktadır. Kompozit malzemelerin bu özellikleri denizcilik uygulamalarında kullanılabilecek en iyi malzeme olduğunu göstermektedir. Kompozit malzemeler elyaflarla güçlendirilmiş bir matristen oluşmaktadır. Cam elyaf takviyeli polimerler (GFRP) ve karbon elyaf takviyeli polimerler (CFRP) denizcilik uygulamaları için yaygın olarak kullanılan kompozit malzemelerdir. CFRP yüksek mukavemet ve sertlik değerlerine sahipken GFRP daha düşük bir mukavemet ve sertliği vardır. Kompozit malzemeler üst yapılarda (güverteler, perdeler, direk sistemleri, pervaneler, tahrik milleri, dümenler, borular, valfler), eğlence alanında (sürat tekneleri, yarış yelkenlileri, kanolar) ve ticari alanda (cankurtaran botları, şamandıralar, yolcu feribotları, derin deniz dalgıçları, balıkçı gemileri) gibi geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Deniz ortamlarında nem ve sıcaklığa, UV (Ultraviyole Radyasyon) ve çözeltilere maruz kalma denizcilik uygulamalarında kompozitler için en büyük zorluktur. Bu çevresel koşullar kompozit malzemeler için en önemli yaşlandırma faktörlerdir. Bu faktörler, kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini değiştirebilir. Bu çalışmada, tek bindirmeli yapıştırılmış GFRP ve CFRP numunelerinin deniz suyuna maruz bırakıldıktan sonra malzeme üzerindeki etkilerini araştırmaktır.0/ 90 oryantasyonlu twill örgülü yedi katlı GFRP ve sekiz katlı CFRP kompozit malzemeler elle yatırma yöntemi kullanılmış daha sonra sıcak pres yöntemi ile imalatı gerçekleştirilmiştir. Ege Denizi, İzmir ili (Selçuk/ Pamucak) bölgesinden Eylül ayında 23.5°C’den deniz suyu alınmıştır. Bu deniz suyu farklı kaplarda GFRP ve CFRP kompozit numuneler için ayrı ayrı 1 ay (30 gün), 2 ay (60 gün) ve 3 ay (90 gün) deniz suyunda bekletilmiştir. Tek bindirmeli yapıştırma bağlantıları için numuneler ASTM D5868- 01'e göre kesilmişlerdir. Öncelikle eksenel darbe deneyleri, daha sonra ASTM D790'a göre üç nokta eğilme deneyleri yapılmıştır. Malzemedeki hasar, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ZEISS GEMINESEM 560 ile incelenmiştir. Daha sonra GFRP ve CFRP kompozit numunelerinin bekleme süresi boyunca deniz suyu dayanıklılığı, nem tutma oranı (%), hasar görüntüleri ve mekanik özellikleri ayrı ayrı karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar tek bindirmeli yapıştırmalı GFRP ve CFRP bağlantıların farklı sürelerde deniz suyunda bekletilmesi sonucunda en iyi bağlantının karşılaştırılarak belirlenmesi malzeme seçimi ve bağlantı yöntemi için büyük avantaj sağlamaktadır. Ayrıca bu önerilen bağlantıda kullanılan yapıştırıcı ara yüzünde başlayacak hasarın bilinmesi, kompozit malzemenin mekanik özelliklerinde oluşan değişikliklerin deniz suyunun etkisiyle hangi aşamada olduğunun gözlemlenebilmesine de olanak tanımaktadır.Composites are macroscopic structures consisting of at least two materials. The advantages of composite materials over traditional materials such as weight, strength, stiffness, corrosion resistance and formability increase the use of these materials. These properties of composite materials show that it is the best material that can be used in marine applications. Composite materials consist of a matrix reinforced with fibres. Glass fibre reinforced polymers (GFRP) and carbon fibre reinforced polymers (CFRP) are widely used composite materials for marine applications. CFRP has high strength and stiffness values while GFRP has a lower strength and stiffness. Composite materials are used in a wide range of applications such as superstructures (decks, bulkheads, mast systems, propellers, drive shafts, rudders, pipes, valves), recreational (speed boats, racing sailboats, canoes) and commercial (lifeboats, buoys, passenger ferries, deep-sea divers, fishing vessels). Exposure to humidity and temperature, UV (Ultraviolet Radiation) and solutions in marine environments is the biggest challenge for composites in marine applications. These environmental conditions are the most important ageing factors for composite materials. These factors can change the mechanical properties of composite materials. The aim of this study is to investigate the effects of single lap bonded GFRP and CFRP specimens on the material after exposure to seawater. Seven-ply GFRP and eight-ply CFRP composite materials with 0/ 90 orientation twill weave were fabricated by hand lay-up method and then hot press method. Sea water was taken from the Aegean Sea, Izmir province (Selçuk/ Pamucak) in September at 23.5°C. This seawater was kept in seawater for 1 month (30 days), 2 months (60 days) and 3 months (90 days) separately for GFRP and CFRP composite samples in different containers. The specimens for single lap bonded joints were cut according to ASTM D5868- 01. Three-point bending tests were then performed according to ASTM D790. The damage in the material was examined by scanning electron microscopy (SEM) ZEISS GEMINESEM 560. Then, the seawater resistance, moisture retention rate (%), damage images and mechanical properties of GFRP and CFRP composite specimens formed by single lap adhesive bonding were compared and evaluated separately. The results show that the determination of the best connection by comparing the single lap adhesive bonded GFRP and CFRP joints in seawater for different durations provides a great advantage for material selection and connection method. In addition, knowing the damage that will start at the adhesive interface used in this proposed connection allows the changes in the mechanical properties of the composite material to be observed at which stage due to the effect of seawater.