Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, uçaklardan rüzgar türbinlerine kadar birçok alanda kullanılan elyaf takviyeli kompozitlerin önemli sorunlarından biri olan katman ayrılmasına karşı yeni bir sistem geliştirdi. Yaklaşık 40 gün süren deneyde aynı numune 1000 hasar ve onarım döngüsünden geçirildi.
HASAR GÖRDÜĞÜNDE KENDİNİ NASIL ONARIYOR?
Sistemin temelinde etilen metakrilik asit kopolimeri olarak bilinen EMAA adlı termoplastik polimer bulunuyor. Polimer, kompozit tabakalar arasına 3 boyutlu baskı yöntemiyle yerleştiriliyor. Malzemenin içerisine ayrıca elektriksel direnci yüksek ince ısıtıcı katmanlar ekleniyor. Elektrik akımı verildiğinde sıcaklık yükseliyor ve EMAA yumuşayarak hasarlı bölgedeki çatlaklara ilerliyor. Yapı soğuduğunda polimer yeniden sertleşiyor ve ayrılmış katmanlar arasındaki bağlantıyı oluşturuyor.
1000 KEZ HASAR VERİP YENİDEN ONARDILAR
Araştırmacılar 2022’de aynı teknolojiyle 100 onarım döngüsüne ulaşmıştı. Yeni deneyde ise otomatik test sistemi kullanılarak bu sayı 1000’e çıkarıldı. Her döngüde uygulanan çekme kuvvetiyle yaklaşık 50 milimetrelik katman ayrılması oluşturuldu. Ardından ısıtıcılar devreye sokularak polimerin hasarlı bölgeyi onarması sağlandı. Numune daha sonra yeniden aynı işleme tabi tutuldu ve süreç 1000 kez tekrarlandı.
GELENEKSEL MALZEMELERDEN DAHA DİRENÇLİ
Araştırmada EMAA katmanının yalnızca onarım sırasında değil, hasar oluşmadan önce de kompozitin dayanıklılığını artırdığı belirlendi. Modifiye edilen malzemenin geleneksel benzerlerine kıyasla katman ayrılmasına yaklaşık 2 ila 4 kat daha dirençli olabileceği tespit edildi. Onarım sayısı arttıkça malzemenin katman ayrılmasına karşı direnci kademeli olarak azaldı. Ancak çalışmanın baş yazarı Jack Turicek, bu azalmanın yavaş gerçekleştiğini ve malzemenin en az 500 döngü boyunca piyasadaki lamine kompozitlerden daha yüksek çatlama direncini koruduğunu belirtti.
500 YIL NASIL HESAPLANDI?
Araştırmacıların modeline göre 3 ayda bir onarım gerektiren bir parçanın teorik kullanım süresi yaklaşık 125 yıla ulaşabiliyor. Onarım ihtiyacının yılda yalnızca 1 kez ortaya çıkması durumunda ise teorik süre yaklaşık 500 yıla çıkıyor. Ancak 500 yıllık süre gerçek kullanım koşullarında kanıtlanmış bir ömür değil. Hesaplama laboratuvar deneyleri ve onarım sıklığı üzerinden oluşturulan teorik bir tahmine dayanıyor.
UÇAK VE RÜZGAR TÜRBİNLERİNDE KULLANILABİLİR
Elyaf takviyeli kompozitler düşük ağırlık ve yüksek dayanıklılıkları nedeniyle uçaklarda, otomobillerde, rüzgar türbinlerinde ve uzay araçlarında kullanılıyor. Yeni sistemin ticari kullanıma geçebilmesi için ise daha kapsamlı testlerden geçirilmesi gerekiyor.
Araştırmacılar nem, sıcaklık değişimleri, uzun süreli aşınma, titreşim ve darbelerin malzeme üzerindeki etkilerinin ayrıca incelenmesi gerektiğini belirtti. Havacılık ve uzay alanındaki kullanım için de laboratuvar çalışmalarının ardından kapsamlı sertifikasyon süreçlerinin tamamlanması gerekecek.
