TEZ ÖZETLERİ - 2

Hafif Silahlar İçin Kompozit Malzeme Seçimi

Tarih boyunca insanoğlu kendini korumak amacıyla çeşitli aletler geliştirmiş bu aletlerin başındada silahlar yer almıştır. Teknolojinin gelişimine baglı olarak insanogluda bu gelisimine paralel olarak kendilerine, fizyolojilerine uygun silahlar geliştirmiş. Silahların üretim aşamalarında kullanılan malzemenin çeşidine değişiklik göstermiş. Başta demir, sonralarında çelik ve son aşamada günümüz polimer malzemeler kullanılmıştır.Baktığımızda silah yapımında kullanılacak malzemelerin genel olarak yüksek mukavemet değeri, yüksek elasitiste, yüksek korozyon direnci,su emme direnci gibi özelliklere sahip olmalıdır.

Silah parçası yapımı için kullanılacak matrisli kompozit malzemen istenilen özelliklerin karışılaştirilmali, matrisli yöntemiyle belirlenen önem sıralaması:

1.   Elastisite modülü

2.   Mukavemet

3.   Darbe dayanımı

4.   Aşınma direnci

5.   Sıcaklıkta kararlılık

6.   Sertlik

7.   Su emme direnci

8.   Korozyon direnci

9.   Yoğunluk

10.   Maliyet

Silahların bazı parçaları farklı malzemelerden üretilmektedir. Örneğin; şekilde gösterilen tüfeğin dipçik pedi, el kabzesi kauçuktan; dipçik, tetik gövdesi, el kundağı,dipçik ayar pulu gibi parçaları %15-30 oranlarında cam elyaf takviyelendirilmiş PA 66 (Poliamid 66) malzemeden, ana gövde 7075-T6 alüminyum alaşımından üretilmiştir. Bunun yanında polimerde gövdede üretilmektedir.

Polimer kompozit tabancalarda genelde kompozit malzeme olarakta PA66 kullanılabilmektedir. Yüksek şiddette tekrarlı darbeye maruz kalan ana gövde parçasında cam elyaf takviye oranı %25-30 lara parçalarda ise %15-25 cam elyaf takviyesi yapılmıştır. Tabancalara genel olarak baktığımızda çelik tabanca gövdeleri 400gr, Alüminyum alaşımlarda 200gr, PA66 polimer gövdelilerde 120grdır. Toplam ağırlıkları ise çelik gövdeli tabancalarda 1200gr, alüminyum alaşımlarında 1000gr, polimer kompozitlerde 750gr civalarındadır.

Polimer Kompozit Tabancaların Avantajları

1.   Kullanım ömürleri uzundur.

2.   Hafif ve yüksek hareket kabiliyetlidirler.

3.   Düşük maliyetlidirler.

4.   Ergonomik olarak tamamlamaları kolaydır.

Kompozit Malzemeler

Malzemeler;

• Metaller malzemeler
• Seramikler malzemeler
• Organik malzemeler      olarak 3'e ayrılır.

Bu malzemelerin kendi içlerinde zayıf ve güçlü yönleri vardır. Bu malzemelerin güçlü yönlerini biraraya getirerek yeni malzeme oluşturmaya kompozit malzeme denir.

Kompozit Malzemelerin oluşumuna doğa ve insan yapısı örnek olmuştur. Örn: insan vücudu yüksek eğilme kabiliyeti gösteren zorlanma yüklenmelere karşı koyabilecek liflerden meydana gelmiştir. Doğadaki örneği ise çam ağaçlarıdır. Gövdedeki yaş halkalar içiçe görünümdedirler. Kış halkaları sert ve kırılgan yaz halkalar ise yumuşak ve esnektir. Buda yüksek mukavemeti sahip kılar. Yada diğer örnek köylerdeki kerpiç evlerdir. Kerpiçteki çamur ve saman dallar dayanımını arttırmaktır.

Kompozitler uzun zaman teknolojik problemleri çözmek için kullanılmış, 20. yy. 2. yarısında polimerik esaslı kompozit malzemelerin tanımasıyla endüstri dikkatini çekmiş daha sonra mühendislik malzemesi olarak kullanılmıştır.

Kompozit malzemenin kesit görünüşü

Kompozit Malzeme Yapısı ve Sınıflandırması

Takviye elemanları kompozit malzemeyi güçlü, dayanıklı kılar. Matris ise kompozit malzemeye katılık verip çevresel etkilerde korur.

Matris malzemeler genel olarak yapısına göre sınırlandırılmakla birlikte polimer, metal ve seramik matrisli olabilir. Aşağıdaki tablodaki gibi.

Kompozitlerin sınıflandırılması

Kompozit malzeme de kullanılan fiber ve reçine

Kompozit malzemeler hakkında bilinmesi gereken en önemli nokta; yükü lifler taşır ve malzemenin dayanımı lif ekseni doğrultusunda en büyük değeri görür. Yük doğrultusunda yapılan sürekli lif takviyesi, matris malzemesinin özelliklerini çok fazla arttırılabilmektedir. Aynı lifler kısa hale getirildiğine (kesildiğinde) sürekli liflere göre kötü özellik gösterirler.

Kompozitler de elyaf formu uygulama alanı ve üretim metoduna göre seçilir. Yapısal uygulamalar için sürekli lifler veya uzun lifler yapısal olmayanlarda ise kısa lifler tavsiye edilir.

Matris ve Liflerin Fonksiyonu

Kompozit Malzemede Liflerin Temel Fonksiyonları

• Yükü taşır.
• Kompozit malzemeye, sertlik, ısıl kararlılık ve diğer yapısal özellikleri kazandırır.
• Kullanılan lifin türüne bağlı olarak, kompozite elektriksel iletkenlik veya yalıtkanlık kazandırır.

Matris Malzemenin Temel Fonksiyonları

• Lifleri bağlar ve yükü liflere iletir. Yapıya, rijitlik ve şekil kazandırır.
• Lifleri izole eder.
• Kompozitin yüzey kalitesini iyileştirir.
• Takviye liflerinin, kimyasal ve mekanik etkilerden korunmasını sağlar.
• Seçilen matris malzemesine bağlı olarak, kompozit yapının esneklik,darbe dayanımı gibi fiziksel-mekanik özelliklerini etkiler.

Takviye Elemanları

   1.   Cam Elyaf

   2.   Karbon Elyaf

   3.   Aramid Elyaf

   4.   Bor Elyaf

   5.   Silisyum Karbür (SiC) Elyaf

   6.   Alümina (Al2O3) Elyaf

1. Cam Elyaf: Esas olarak SiO2 olan cam yapısında diğer element oksitleri bulunur. Elektiriksel iletkenlik, Kimyasal Direnç ve korozyon dayanımı için farklı bileşimlerde camlar üretilir. En çok kullanılan E-camdır.

Nem ve asitler cam elyafla etkileşime girerek mukavemeti düşürür. Cam elyaf liflerinin sürtünme etkisiyle dayanımını düşürür. Elyaf içinde yok edilemeyen bazı süreksizliklerin oluşması da mukavemet değerlerinin her ölçümde aynı çıkmamasına neden olur.

2.  Karbon Elyaf: En önemli özelliği nemden etkilenmezler, yüksel sıcaklık dayanımları çok yüksektir. Aşınma ve yorulma mukavemetleri iyidir.

3.   Aramid Elyaf (Aromatik Polyamid): Polyamidler uzun zincirli polimerlerdir. Aramidin moleküler yapısında 6 karbon atomu birbirine hidrojen atomu ile bağlanmışlar. En çok kullanılanı kevlardır.

4.   Bor Elyaf: Kendi içinde kompozit yapıya sahiptir. Genelde tungsten,karbon çekirdek üzerine bor kaplanarak imal edilirler. En kalın elyaf türüdür. Yaklaşık 20 kat daha kalındır. Burkulma, çekme dayanımları yüksektir. Karbon elyaftan genellikle metal matrisli kompozit malzemeleri hazırlanmasında kullanılır.

5.  Silisyum Karbür (SiC) Elyaf: Tungsten çekirdek üzerine kaplanarak elde edilirler. Yoğunlukları bor elyafa oranla yüksektir.

6.    Alümina (Al2O3) Elyaf: Alümiyum oksit (AlüminaF Flama) silisyumdioksit kaplanmasıyla elde edilir. Yüksek sıcaklıklara dayanaklıdır.

Matris Malzemeleri 3 temel fonksiyonu vardır: 

1.     Elyafları birarada tutmak,

2.     Yükü elyaflara dağıtmak,

3.     Elyafı çevresel etkilerden korumak.

Matrisler 3'e ayrılır.

1.     Metal Matrisler

2.     Seramik Matrisler

3.     Polimer Matrisler

1.   Metal Matrisler: Alüminyum, magnezyum ve titanyum gibi metal alaşımlarında oluşabilirler. Metal matrisli kompozitte bulunan takviye eleman karbon veya silikon karbürden oluşur. En çok kullanılanı alüminyum ve titanyumdur. Çünkü ikisi de düşük özgül ağırlığa sahip çeşitli alaşımları bulunur. Özellikle alüminyum çok kullanılır.

2.   Seramikler: Metal ve metal olmayan elemanlardan meydana gelen inorganik bileşikler olup doğada kayaların dış etkiye maruz kalarak parçalanmasıyla oluşur. Kil gibi maddelerin yüksek sıcaklıkta pişirilmesiyle elde edilir. Üretimi zordur. Termal ve aşınma dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanılır.

3. Polimer Matrisler: Hafiflikleri, mukavemet/yoğunluk oranlarının yüksek oluşu, hızlı ve ekonomik üretim tekniklerine sahip olmaları, korozyona karşı yüksek dirençleri, farklı renkte üretilebilmeleri gibi özellikleri sıkça tercih edilmeleri sağlamaktadır. Yorulmaya, darbeye, klimatik etkilere ve termal zorlamalara karşı gösterdikleri dayanımları pek çok alandada avantaj sağlar.

Not: Polimerlerin özgül ağırlığı 1.2 g/cm3, seramiklerin 2,5 g/cm3, metallerin 7 g/cm3 civarındadır.

Polimer matrisler •Termosetler •Termoplastikler olarak 2'ye ayrılır.

-Termosetler: 1 defaya mahsus ısıtılıp biçim verilir. Bundan sonra tek malzemeye tekrar ısı verilip şekil edilemezler. Geri dönüşüm yapılamaz.

Not: Kısmen polimerleşmiş durumdaki termoset polimerlere reçine denir. Reçinenin son duruma getirme işlemine de pişirme (sertleşme) denir. Ayrıca soğuk durumda pişirilen termosetlerde vardır.

-Termoplastikler: Oda sıcaklığında katı forumdadırlar, ergitilip sıvislastırıldan 1 defa sonra herhangi bir şekilde katılaştırıldıktan sonra tekrar ergitilip kullanılırlar. Düşük rijitliğe sahip şekillendirilme kabiliyeti yüksektir. Sünme eğilimleri fazladır.

Not: Üretilen bütün polimerlerin yaklaşık %70'ini meydana getirirler.

Termoplastikler;

• Asetal 
• Akrilik -Akrilonitril
• Bütadien Stiren (ABS) 
• Politetrafloroetilen (PTFE) 
• Polipropilen (PP) 
• Polivinil Klorür (PVC) 
• Polyester (PET) 
• Polietilen (PE) 
• Polikarbonat (PC) 
• Poliamid (Naylon PA) olarak ayrılır.
• 
  

Polimer Matrisli Kompozitlerin Üretim Yöntemleri

1.   Elyaf Yatırma Yöntemi

2.   Püskürtme Yöntemi

3.   Basma Transfer Kalıplama Yöntemi

4.   Soğuk Presleme Yöntemi

5.   Helisel Sarma Yöntemi

6.   Tabakalı Birleştirme (Torba Kalıplama) Yöntemi

7.   Ekstrüzyon Yöntemi

8.   Enjeksiyon Kalıplama Yöntemi

1.   Elyaf Yatırma Yöntemi: Keçe, örgü veya kumaş formundaki takviyeleri açık bir kalıba yatırıp yüzeylerine yüzeylerine reçine emdirilerek uygundur. Kullanılan en eski yöntemdir.

2. Püskürtme Yöntemi: Elle yatırma tekniğinin püskürtme tabancası ile yapılmasıdır. Oda sıcaklığında sertleşmeye bırakılır.

3.   Basma Transfer Kalıplama Yöntemi: Karmaşık şekilli ve yüksek dayanımlı polimer malzemelerin yüksek basınç uygulanarak üretilmesidir. Polimerde kullanılan elyaf genellikle cam, grafit ve asbesttir. Reçine olarak polyester, epoksi, fenoliktir.

4.   Soğuk Presleme Yöntemi: Düşük basınçta, oda sıcaklığında ve düşük maliyetli kalıplar ile küçük parçaların üretilmesinde kullanılır. Kalıp malzemesi olarak metal, alçı ve cam elyaf takviyeli plastikler kullanılır.

5. Helisel Sarma Yöntemi: Sürekli elyafın bir bağlayıcı ortamından geçirildikten sonra, dönel mandrelle, önceden belirlenmiş sarım geometrisine uygun sarılması yöntemine denir.

6.   Tabakalı Birleştirme (Torba Kalıplama) Yöntemi: Kalıp üzerine yerleştirilmiş termoset reçine ve elyaf esnek bir diyagramla (torba) kapatıldıktan sonra basınç ve sıcaklığın etkisiyle sistemin sertleşmesi sağlanır.

Basınçlı Torba Kalıplama

-Vakumlu           -Otoklavda olarak 2'ye ayrılır.

7.  Ekstrüzyon Yöntemi: Plastik bir maddenin ısı ile akışkan hale getirilerek, basınç yardımıyla belirli bir şekilli kalıptan geçirilmesi ve biçimlendirilmesi yöntemidir. Bu yöntem; termoplastik malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan yöntemdir.

8.  Enjeksiyon Kalıplama Yöntemi: Termoplast bir plastiğin ısıtılmış bir cihaz silindirinin lülesinden kapalı bir kalıba basınç uygulanarak enjekte edilmesiyle yapılır.

Avantajları

1.   Hızlı ve seri parça üretimi

2.   Düşük İşçilik maliyeti

3.   Otomasyona uygunluk

4.   Malzeme kaybının minimum seviyelerde olması

5.   Aynı makinede farklı malzemelerin basılabilmesi

6.   Hassas toleranslarda çalışmaya uygunluk

7.   Düzey hassasiyetinin yüksekliği

8.   Karmaşık parçaların tek işlemle üretimlerinin mümkün olması

Dezavantajları

1.   Kalıp maliyeti yüksekliği

2.   Ejeksiyon makinelerinin pahalı oluşu

Tezin Sonuçlarından Bazıları :

-Silahlarla ilgili yapılan bir çalışmada, cam elyafla takviyeldirilmiş PA66 kompozite %30 hacim oranına kadar cam elyaf takviyesinin malzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerine olumlu katkı yaptığını fakat bu orandan daha yüksek elyaf katkısının malzemenin mekanik özelliklerini olumsuz etkilediği tespit edilmiş. Gerçekleştirilen değerlendirmeler sonucunda silah gövdesi olarak kullanılabilecek kompozitin en üstüm mekanik özelliklere %30 oranında cam elyaf içermesi durumunda erişilebildigi belirlenmiştir.

-Karbon ve cam elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemelerin abraziv aşınma davranışları üzerine yapılan çalışmada, her iki kompozit malzeme için artan yük ve kayma mesafesiyle doğru orantılı olarak aşınma hacim kaybınım arttığı saptanmıştır. Ayrıca karbon elyaf takviyeli epoksi matrisli kompozit malzemelerin abraziv aşınma dayanımından daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.

Teze Ait Bilgiler: 

Hafif Silahlar İçin Kompozit Malzeme Seçimi / Mahmutcan KARSLI / Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Anabilim Dalı / Yüksek Lisans Tezi / Aralık 2016 / Trabzon

İstek,Görüş ve Önerilerinizi bekliyorum.
Allaha Emanet Olun. 😉

İletişim:
Mail: unalaslanilesilahlar@gmail.com
Instagram: @unalaslanilesilahlar


Ünal Aslan - Yazar