İstifli polivinilklorür (PVC) yapısının mekaniksel anizotropisinin ultrasonik teknikle incelenmesi

Abstract

Polimerler; molekül zincirlerinin çeşitli yöntemlerle yönlendirilmeleri sonucunda, anizotrop fiziksel özellik ka zanmaktadırlar. Tek başlarına izotrop fiziksel davranış gös teren materyallerin; jeolojik oluşumlar sonucunda tabakalaş maları (stratified) ya da birleşik (composite) hale getiril meleri veya kontrplak (plywood) yapısında olduğu gibi istif lenmeleri, yapıya anizotrop fiziksel özellik kazandırmaktadır. Bu çalışma; kuramsal ve deneysel olmak üzere iki aşama da yapılmıştır. Enine izotrop iki ortamın, izotrop düzlemleri birbirine paralel ve birbirine dik olacak şekilde istiflenmeleri halinde, her iki istif şeklinin ortalama elastik sertlik sabitleri için, istifi meydana getiren tabakaların kalınlıklarına ve elastik sertlik sabitlerine bağlı ifadeleri kuram sal olarak türetilmiştir. Günlük yaşantımızda açıkça karşılaş tığımız ve geniş bir kullanım alanına sahip olan PVC (poli- vinilklorür) tabakalarının; farklı çekme oranlarında tek yön lü çekilip, çekme eksenleri birbirine paralel ve dik olarak istif lenmeleriyle elde edilen her iki yapının kazanacağı me- kaniksel anizotropi deneysel olarak araştırılmıştır. Hazırla nan istif örneklerinin, çekme eksenlerine göre tanımlanmış olan esas eksen doğrultularında ve üç esas düzlemde ultra- sonik dalgaların yayılma hızları, daldırma tekniği kullanılarak 2 Mhz frekansta ve 22°C sabit sıcaklıkta ölçülmüştür, istiflenmiş örneklerde ultrasonik hız ölçümlerinin, daldırma tekniği ile de yapılabileceği gösterilmiştir. Boyuna dalga hızı ölçümleri, O'-SO` aralığında; enine dalga hızı ölçümleri ise, boyuna dalgaların iç tam yansımaya uğradığı kritik gelme açısından sonra yapılmıştır. PVC de kritik açı değerinin oldukça büyük olmasından ötürü, enine dalga hızı ölçümleri 50°-60° aralığında yapılabilmiştir. Boyuna hız ölçümleri ±%1, enine hız ölçümleri ise enine atmaların gözlenen şekillerinin basıklığından ötürü ±%2 doğrulukla gerçekleştirilmiştir. Tek yönlü çekilmiş örneklerin ve istiflenmiş örneklerin elastik sertlik sabitleri, örneklerin üç esas düzleminde be lirli yayılma açılarında ölçülmüş hız değerlerinden deneysel olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, istiflenmiş örnekler için kuramsal olarak türetilen ifadelerden elde edilenler ile kıyaslandı. Tek yönlü yönlendirilmiş örneklerde, hekzagonal si metriye uygun olarak beş bağımsız elastik sertlik sabiti hesaplandı ve bu sabitlerin çekme oranı cinsinden ifadeleri `verildi. Tabaka kalınlıkları değişmeyen ancak çekme oranları farklı olan örneklerin, çekme eksenleri paralel olacak şekil de istiflenmeleri ile elde edilen yeni örneklerin, tek yönlü yönlendirilmiş örneklerde olduğu gibi beş bağımsız ortalama elastik sertlik sabitine sahip oldukları gösterildi. Böylece bu tür yapıların enine izotrop, yani hekzagonal elastik simetriye sahip olacakları doğrulanmış oldu. Tek yönlü çekilmiş PVC tabakaları gibi davranan bu tür istiflenmiş yapıların ivis investigated that by stretching in one direction whether it is possible to obtain a PVC sample equivalent to this type of stratified structure and behaving like uniaxial ly oriented PVC sheets. Depending on draw ratios and percentages of la yers forming the stratification, an effective draw ratio re lated to the uniaxial ly oriented sample which has the same anisotropy with the stratified structure has been defined. It is shown that stratification samples obtained from samples of different draw ratios with their draw axes perpendicular to each other will have two different elastic symmetry. One of these, which is obtained by stratifying two sheets with equal draw ratios, has six independent average elastic constants and the other, which is obtained by stratifying two sheets with different draw ratios, has nine independent average ela stic stiffness constants, i.e. orthorhombic elastic symmetry. vi x

SUMMARY Polymers gain physical anisotropy due to the orientation of the molecular chains by various techniques. Materials showing the behaviour of physical isotropy themselves may de velop physical anisotropy in their structure as a result of stratification or composition in geological formations or stratification as in plywood. This study has been carried out in two categories, theoretical and experimental. Considering two transversely isotropic mediums stratified either their isotropy planes parallel. or perpendicular to each other, theoretical express ions of the average elastic stiffness constants have been de rived for both stratifications depending on the thicknesses and elastic stiffness constants of the layers forming the stratifications. Experimentally first drawing PVC (Polyvinyl Chloride) sheets, which we often come across in. everyday life and have wide range of usage, uniaxial ly with different draw ratios then stratifying them with draw axes parallel and per pendicular to each other the mechanical anisotropy gained by both structures has been investigated. For the prepared stra tification samples, ultrasonic wave propagation velocities a- long the principal axes and in the three principal planes de fined with respect to draw axes are measured using the immer sion technique at a frequency 2Mhz and a constant temperature 22 °C. It is shown that ultrasonic velocity measurements in the stratified samples can also be done with the immersion technique. Longitudinal wave velocity measurements are car ried out in the range 0°-30*, but transverse wave velocity measurements are done at angles greater than the critical an gle at which longitudinal waves undergo complete inner re flection. In PVC, because of the rather big critical angle value transverse wave velocity measurements could only be done in the range 50*-60