The effect of illumination on the strenght of E-glass fibre

Abstract

E-camı elyafı, kalsiyum-alümina-borosilikat camından üretilen ve plastik takviye malzemesi olarak kullanılan endüstriyel bir üründür. İkinci dünya savası sonrası yıllarda plastik üretimindeki artışa paralel olarak cam elyafı, basta A.B.D. olmak üzere pek çok ülkede üretilmeye başlanmıştır, ülkemizde ise bir Sise Cam Fabrikaları A. S. kurulusu olan Cam Elyaf San. A. S. tarafından 1974 yılından beri üretilmektedir. E-camı, yapısal olarak alkali komponentler içermediğinden elektriksel iletkenliği diğer camlara göre oldukça düşük olması nedeniyle (electrical glass) olarak tanınmaktadır. E-camı, yapısında büyük oranda bor ve alumina bulunması nedeniyle kimyasal dayanımı ve elyaf olarak çekilme özelliği oldukça yüksektir. Refrakteri özel olarak seçilmiş fırında eritilen cam, platin-rodyum alaşımından yapılmış nozüller içeren ve elektrik ile ısıtılabilen plakadan (bushing) akıtılarak, elyaf sarma makinasmda (winding machine) elyaf olarak üretilmektedir. E-camı elyafının plastik ile kullanımı değişik proseslere göre olmaktadır. İlk baslarda polyester ve epoksi reçinelerde normal Sıcaklıkta kullanılmaktaydı. vii Daha sonra sıcak kalıplama komponentleri SMC, sheet molding compound, BMC, bulk molding compound, pultrüzyon gibi ürünlerde kullanılmaya başlanmıştır. Termo- plastiklerin gelişmesiyle; polyamid, polypropi len, polyetilen, naylon gibi pek çok plastikte takviye malzemesi olarak kullanılmaktadır. Günümüzde fabrika donanımlarında, alt yapı borularında, endüstriyel depolama tankı yapımı gibi pek çok alanda kullanım alanı bulmaktadır. Camlarda "static fatigue" yük altında ortam şartlarında rutubetin etkisi ile oluşan mukavemet kayıpları Charles tarafından incelenmiştir. Metcalfe, E- camı elyafına değişik kimyasal çözeltilerin etkisini "stress corrosion" derinlemesine incelemiştir. Bu mekanizma genel olarak iyon değişimi olarak açıklanmaktadır. Yapıdaki özellikle alkali ve toprak alkali iyonlar asit protonu ile yer değiştirerek çözeltiye geçmektedir. Elektron mikroskopu ile yapılan çalışmalar bu iyon transferi sonucu yüzeyde oluşan mikro çatlakları göstermektedir. Cam elyafı ve plastiklerden yapılan kompozit malzemeler üzerine yapılan çalışmalar, özellikle asidik şartlar altında, takviye olarak kullanılan elyafın daha çok etkilenerek mukavemet kaybına neden olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, hammaddeden safsızlık olarak viii gelen ve E-camı içerisinde 7.0.3-0.5 arası bulunan demir iyonlarının özellikle ultra-vıole ısınlardan etkilenerek demir(iii) seklinde asidik çözeltiye geçmeleri sırasında, yapıyı bozarak alumina ve kalsiyum gibi komponentlerin uzaklaşmasını kolaylaştırarak, mukavemet kaybına neden olup olmadığı araştırılmıştır. Birinci aşamada üç çesit elyafın ultra-viyole ve karanlıkta İM sülfirik asit içerisinde kopma zamanları bilgisayar kullanılarak tespit edilmiştir. Ultra-viole 15ın kaynağı olarak ortalama dalga boyu 256 nın olan floresan lamba kullanılmıştır. Radyasyondan etkilenmemek için sistem kapalı olup, iki adet lamba üst kapağa yerleştirilmiştir. Filament (tek bir elyaf) lerin çapları 632 nm dalga boylu He-Ne laser kullanılarak bulunmuştur. Bulunan elyaf çaplan, V. uzamanın hesaplanmasında kullanılmıştır. Fi lamentlerin kopma sürelerini kısaltmak için belli bir % uzamayı verecek camdan yapılmış ağırlıklar uygulanmıştır. Literatürde E-camı elyafı için 7. uzama 2.5-4 arası verilmektedir. Bu çalışmada '/.-uzama 0.3-0.4 arasında tutulmaya çalışılmıştır. Çapı ölçülen filamentler aralarındaki mesafe 5' er cm olacak şekilde bir ucundan cam çubuğa diğer ucundan ise cam ağırlığın asılacağı lastik banta yapıştırılmıştır. Daha sonra içi su ile doldurulmuş stres korozyon tankı içindeki İM sülfirik asit çözeltisi ile dolu 1 litrelik beher içerisine cam ağırlık ve filament çözelti içine batacak şekilde tel IX. çubuğa asılmıştır. Tel çubuğun diğer ucunda "magnetic switch" mıknatıslı devre aç-ip-kapama sistemi bulunmaktadır. Filamentin çözelti içine asılma ve kopma zamanlan bilgisayar tarafından tespit edilerek ne kadar sürede koptuğu kesin olarak bulunmuştur. Ultra-viyole ve karanlık denemeleri için iki ayrı tank bulunup her birinde 16 adet filamentin izlenmesi mümkün olmaktadır. îlk olarak 084 M19 kodlu direkt sarma rovinginden alınan 28 filamentin kopma zamanları ultra-viyole ışınları altında ve 31 filamentinki ise karanlıkta bulunmuştur. Bu f i lamentlerin ortalama elyaf çapları 14.3-14.5 mikron arası, "/. ortalama uzama 0.322-0.335 arası, ortalama kopma süreleri u.v. ışınlan için 38550 saniye ve karanlıkta ise 121960 saniye olarak bulunmuştur. îkinci olarak yalnızca -propil üçhidroksi silan ile kaplı elyaflar kullanılarak 30'ar filament u.v. ışınları ve karanlıkta kopma zamanlan bulunmuştur. Fi lamentlerin elyaf çaplan 14.8-14.9 mikron, ortalama 7. uzama 0.321-0.348 ve ortalama kopma süreleri ise u.v. ışınları için 73450 s ve karanlıkta ise 146140 s olarak bulunmuştur, üçüncü olarak yüzeyi kaplamasız elyaflardan alınan 29 adet filamentin kopma zamanı u.v. ışınlan altında ve 31 adet ise karanlıkta bulunmuştur. Ortalama elyaf çapları 15.2-15.4 mikron, ortalama 7. uzama 0.347- 0.348, ortalama kopma süresi ise u.v. ışınlan için 46200 saniye ve karanlıkta ise 145990 s olarak bulunmuştur. Dördüncü olarak korozyon çözeltisine ağırlık olarak %0.5 oranında demir(iii) sülfat ilave edilerek yüzeyi kaplamasız elyafların kopma süreleri bulunmuştur. Bu çalışmanın amacı kopma süresini etkilediği düşünülen demir ( iii )' ün elyaftan ekstrakte olacak miktarı azaltarak kopma süresini uzatıp uzatmadığı idi. 29 adet filamentin kopma zamanları u.v. ısınları altında, 30 filamentin ise karanlıkta bulunmuştur. Ortalama elyaf çapı 15.3-15.4 mikron, ortalama '/.uzama 0.361-0.371, ortalama kopma süreleri ise u.v. için 74710 saniye ve karanlıkta 167860 saniye olarak bulunmuştur. Sonuçlar Weibull istatistiği kullanılarak yorumlanmıştır. Kopma zamanları kopma ihtimallerine göre grafiğe çizildiğinde üssel bir eğri vermektedir. Bu metod uygulanarak lineerlestirme yapılmıştır. Weibull parametreleri yani lineer doğruların eğimleri tüm denemelerde birbirine oldukça yakın bulunmuştur. Bu sonuç kopma mekanizmasının hem u.v. ısınları altında hemde karanlıkta aynı olduğunu göstermektedir. Ayrıca karakteristik kopma zamanları ki lnln( 1/ ( 1-P) )=0 olduğu durumdaki zamanı ifade etmektedir, u.v. ışınları altında ve karanlıkta tüm deneylerde oldukça farklı bulunmuştur. Buna göre, u.v. ısınlarının kopma süresini kısaltarak elyafların mukavemetini etkilediği söylenebilir. XI Mukavemet azalmasının camda safsızlık olarak bulunan demir ( iii )' ten gelip gelmediğini araştırmak için yapılan kopma süresi deneyleri ortamda demir(iii) iyonları bulunması durumunda sürenin acık bir şekilde uzadığını göstermektedir. Ayrıca yapılan ekstraksiyon deneylerinde u.v. ışınları altında daha fazla demir ( iii )' ün ekstrakte olduğunu göstermektedir. Ekstraksiyonda solvent olarak yine İM sülfirik asit kullanılmış ve Fe(iii) miktarı u.v. spektroskopisi kullanılarak bulunmuştur. Deneyler ağzı acık 100 cc lik beherlerde 50 cc solvent içine 1 gram elyaf konularak kopma süresi deneylerinde olduğu gibi aynı şartlarda yapılmıştır. Tüm elyaflardan demir(iii) ekstraksiyonu iki durumdada aynı mekanizmaya göre yürümektedir. Ekstrakte edilen Fe(iii) miktarı, mg/g elyaf, w=t/(a*b#t) seklinde verilmektedir. Bu ifadede t ekstraksiyon zamanı saat olarak, a ve b ise sabitlerdir. En kötü durumda korelasyon katsayısı 0.78 olaracak şekilde katsayılar bulunmuştur. Ayrıca bu çalışmada kullanılan silan kaplı elyafın ve Cam Elyaf San. A. S- den temin edilen elyaf yüzeylerine asidik çözeltinin etkisini görmek için elektron mikroskopunda yüzey fotoğrafları çekilmiştir. Si lenka-Hol landa ' dan sağlanan silan kaplı elyafların yüzeylerinde spiral çatlakların oluştuğu görülmesine rağmen dığer elyaflarda herhangi bir $ey görülmemiştir. Bu sonuç, alümina ve bor gibi kimyasal dayanımı artırıcı komponentleri daha fazla içeren elyafların daha az korozyona uğradığını göstermektedir.

The purpose of this study was to examine the effect of incident illumination on the stress corrosion of fibres immersed in aqueous sulphuric acid. Failure times of three types of Silenka E-glass fibres have been studied under load and immersed in a solution of İM sulphiric acid under various illuminations. Also the iron(iii) extraction has been done from three kinds of fibres. The polymer size is not involved in the mechanism and has been shown to involve the formation of ferric iron complex. The rate of extraction iron(iii) from glass, under u.v. light and blacked-out conditions, confirmed the involvement of Fe(iii) in the mechanism. Results have shown that failure times of each kind of fibres are dependent on the incident light. The data has been analysed by using Weibull statistics. It is clear that the failure probabilities of fibres under ultra violet radiation are higher than blacked-out condition. Also the results of extraction from each kind of fibres have shown that the amount of leached iron(iii) under u.v. light is more than blacked-out condition.