Kompozit testi

Kompozit çekme testinde, elyaf takviyeli plastiklerin elastik özellikleri çekme modülü ve Poisson oranının yanı sıra ana malzeme yönlerindeki çekme mukavemeti belirlenir

• Kompozitler üzerinde çekme testleri için en yaygın test yöntemleri ISO 527-4 ve ISO 527-5, ASTM D3039'un yanı sıra EN 2561 ve EN 2597'dir.
• Airbus fabrika standardı AITM1-0007, hem çentiksiz çok yönlü laminatlar üzerinde çekme testleri hem de Open Hole Tension (OHT) ve Filled Hole Tension (FHT) çekme mukavemeti belirlemek için çentikli çekme testlerine yönelik test koşullarını içerir. Open Hole ve Filled Hole çekme testleri, açık veya kapalı delikli çekme yükü altındaki çok yönlü laminatlar için azaltma faktörlerini belirlemek amacıyla öncelikle havacılık uygulamaları için gerçekleştirilir. Open Hole ve Filled Hole çekme mukavemetini belirlemek için diğer standartlaştırılmış test yöntemleri ASTM D5766 ve ASTM D6742'dir.

Kompozit basma testinde, elyaf takviyeli plastiklerin ana malzeme yönlerindeki basınç modülü ve basınç dayanımı belirlenir. Laminatın fiber yönündeki basınç dayanımı genellikle çekme dayanımından daha düşük olduğundan ve bir FRP laminatın kopma modları çekme ve basınç yükleri altında çok farklı olduğundan, sıkıştırma testi kompozitlerin test edilmesinde önemli bir rol oynar.

Kompozitler üzerindeki basma testleri için çeşitli test yöntemleri ve test standartları mevcuttur; yük uygulamasının üç prensibi arasında bir ayrım yapılır:

• ASTM D695, DIN EN 2850 Tip B ve Boeing BSS 7260 Tip III ve IV'e göre ön kuvvet uygulamalı basma testi
• ASTM D3410, ISO 14126 yöntem 1, DIN EN 2850 Tip A ve Airbus AITM1-0008 numune tipi A'ya göre (shear loading) yoluyla kuvvet uygulaması ile basma testi
• Kombine yük uygulaması ile basma testi ASTM D6641, ISO 14126 prosedür 2 ve Airbus AITM1-0008 örnek tip A'ya göre (Kombine Yükleme)

Çentiksiz laminatların sıkıştırma özelliklerini belirlemek için yukarıda belirtilen test yöntemlerine ek olarak, ASTM D6484 uyarınca Open Hole Compression (OHC) ve ASTM D6742 uyarınca Filled Hole Compression (FHC) belirlemek için standartlaştırılmış kompozit çentik sıkıştırma testleri vardır; çentiksiz laminatın sıkıştırma özellikleri ile birlikte, basınç yükü altındaki çok yönlü laminatlar için karşılık gelen azaltma faktörleri belirlenebilir. Çentikli sıkıştırma testleri ayrıca Airbus AITM1-0008 numune tipleri B, D ve C'de ve Boeing BSS 7260 Tip I'de endüstri standartlarında açıklanmaktadır.

Kompozit kesme testinde, elyaf takviyeli plastiklerin kesme modülü ve kesme mukavemeti gibi düzlem içi kesme özellikleri belirlenir. Ana malzeme yönlerinde farklı özelliklere sahip FRP malzemeler için kayma modülü her zaman kendi kesme testleriniz kullanılarak belirlenmelidir ve izotropik malzemelerde olduğu gibi diğer elastik özelliklerden hesaplanamaz.

Kayma özelliklerini ve kayma davranışını belirlemek için üç farklı test yöntemi oluşturulmuştur:

• ISO 14129, ASTM D3518 ve Airbus AITM1-0002'ye göre ±45° laminat ile çekme testi
• ASTM D5379'a göre V-Çentikli kiriş (Iosipescu) kayma testi
• ASTM D7078'e göre V Çentikli ray kesme testi

45° laminatlı çekme testi için (In plane shear test), çekme testleri ile aynı test düzeneği kullanılabilir. Ancak, kesme uzamasını hesaplamak için boylamasına gerilmeye ek olarak enine gerilmenin de kaydedilmesi gereklidir.

Iosipesu ve V çentikli ray kayma testi için çentikli test numuneleri ve ilgili test fikstürleri gereklidir. Burada çift eksenli uzama ölçümü de gereklidir. Çift eksenli uzama ölçerler (DMS) sıklıkla kullanılır. Alternatif olarak, uzama dijital görüntü korelasyonu (DIC) kullanılarak ölçülebilir.
ve uygun kalınlıkta laminatlar mevcutsa düzlem dışı kesme parametreleri V-çentik kesme testleri kullanılarak da belirlenebilir.

Nispeten basit test kurulumu, test numunesi geometrisi ve üretiminin yanı sıra testin yürütülmesi nedeniyle kompozit bükme testleri genellikle kalite güvencesinde veya hızlı malzeme karşılaştırmalarında kullanılır. 3 ve 4 noktalı bükme testleri arasında bir ayrım yapılır. Fiber takviyeli plastiklerin bükülme testleri için ortak standartlaştırılmış test yöntemleri şunlardır:

• ISO 14125 ve ASTM D7264'e göre 3 ve 4 noktalı bükme testi
• EN 2562, EN 2746'ya göre 3 noktalı bükme testi ve ASTM D790
• ASTM D6272'ye göre 4 noktalı büklme testi

Test kurulumunun tamamı yeterince sağlamsa veya test kurulumundaki esneklik test yazılımında belirlenip düzeltilebiliyorsa, 3 noktalı eğme testinde test cihazının makine yolunun kullanımına genellikle izin verilir.
Ancak 4 noktalı eğilme testi için numunenin ortasındaki sapmanın uygun bir konum ölçüm sistemi kullanılarak ölçülmesi gerekir.

Katmanlar arası kayma mukavemetini belirleme testi (ILSS testi), elyaf takviyeli plastikler için en sık yapılan statik testlerden biridir ve sıklıkla kalite güvencesinde kullanılır. Yalnızca çok küçük bir test numunesi gereklidir; testin gerçekleştirilmesi hızlı ve kolaydır ve değerlendirme için yalnızca testte belirlenen maksimum kuvvet dikkate alınır.

ILSS testi için belirlenen test standartları ISO 14130, EN 2377, EN 2563 ve ASTM D2344'tür.

Dört standardın tümü dikdörtgen bir test numunesini tanımlar, ancak bazen numunenin uzunluğu, genişliği ve kalınlığı için farklı boyutlar kullanılır. ASTM D2344 aynı zamanda bir basınçlı kaptan veya bir boru duvarından çıkarılabilen kavisli bir test numunesini de açıklamaktadır.

ILSS testi için kullanılan test cihazının, test standartlarının gerektirdiği test düzeneğindeki çok küçük tolerans spesifikasyonlarına uygun olması gerekmektedir.

Kompozit laminatların delaminasyon davranışını anlamak için kırılma mekaniği test yöntemleri kullanılarak kritik enerji salınım oranı ve sürekli çatlak büyümesi için enerji salınım oranı belirlenir. Test numunelerini üretmek için, laminatın orta düzleminde yapay bir çatlak oluşturmak için çok ince ve yapışkan olmayan bir plastik folyonun (teflon folyolar sıklıkla kullanılır) kullanıldığı bir laminat gereklidir.

Özellikle, çatlak yüzeyine normal çekme yüklemesi ile çatlak büyümesi test yöntemleri (Mod I) ve laminat kesitinde kesme yüklemesi ile çatlak büyümesi test yöntemleri (Mod II) gerçekleştirilir. Bir laminatta çatlak ilerlemesinin hesaplanmasına yönelik sayısal yöntemleri kalibre etmek için, karma mod I+II yükleme için bir test yöntemi de bulunmaktadır:

• Mode I als Double Cantilever Beam (DCB) Test ISO 15024, EN 6033, ASTM D5528, Airbus AITM1-0005 ve Boeing BSS 7273'e göre.
• Mode II als End-Notched Flexure (ENF) Test nach ASTM D7905, EN 6034, Airbus AITM1-0006 und Boeing BSS 7273
• Mode II als Calibrated End-Loaded Split (C-ELS) Test ISO 15114’e göre
• Mixed Mode I+II als Mixed-Mode Bending (MMB) Test ASTM D6671’e göre

Darbe Sonrası Sıkıştırma (CAI) testi, bir laminatın darbe hasarından sonra kalan basınç dayanımını belirlemek için kullanılan bir test yöntemidir. Test edilecek numune, ilgili test standardında belirtilen darbe enerjileri ile önceden hasara uğratılır. Bu yöntem, özellikle havacılıkta potansiyel olarak darbe yüklerine maruz kalan kompozit yapılarda bileşenlerin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için kompozit bir laminatın hasar toleransı hakkında sonuçlar çıkarmayı mümkün kılar.

CAI testi için aşağıdaki standartlaştırılmış test yöntemleri oluşturulmuştur: ASTM D7136 ve ASTM D7137, ISO 18352, Airbus AITM1-0010 ve Boeing BSS 7260 Tip II.

Elyaf takviyeli plastik laminatların mekanik özelliklerine ek olarak, kompozit yapıların tasarımı için bağlantıların mukavemetini belirlemek için testler de gereklidir.

Bunun için kullanılan standartlaştırılmış test yöntemleri kabaca üç alana ayrılabilir:

• ASTM D5868, EN 6060 ve Airbus AITM1-0019'a göre yapıştırılmış bağlantıların mukavemeti (Lap Shear Test)
• ASTM D5961, ASTM D7248, EN 6037, ISO 12815, Airbus AITM1-0009, AITM1-0065 ve AITM1-0067'ye göre laminat düzleminde yük ile vidalı veya cıvatalı bağlantıların ve perforasyon testlerinin mukavemeti
• ASTM D7332 ve Airbus AITM1-0066'ya göre laminat düzlemine normal yük ile (Pull-through) cıvata ve perçin çekme testleri

Kompozit laminatların yorulma davranışını belirlemek ve Wöhler eğrilerini türetmek için, öncelikle çekme eşiği yüklemesi altında dinamik döngüsel testler gerçekleştirilir. Bu amaçla kompozitler üzerinde standartlaştırılmış dinamik testler ASTM D3479 ve ISO 13003'tür. ISO 13003 ayrıca dinamik döngüsel eğilme yükü altında kompozit yorulma testini de açıklar.

Diğer standartlaştırılmış dinamik kompozit test yöntemleri şunlardır:

• ASTM D7615'e göre Open Hole Tension ve Open Hole Compression Fatigue
• ASTM D6115'e göre Mod I yorulma yüklemesi altında interlaminar çatlak büyümesi
• ASTM D6873 ve Airbus AITM1-0074'e göre cıvatalı bağlantıların yorulması ve dinamik delik sürtünme testleri
• Airbus AITM1-0075, ILSS, ILTS, OHT & OHC, FHT & FHC, Pull-Through, CAI ve Lap-Shear Fatigue testlerinin performansı hakkında özet bilgiler içerir.