Kompozit Üretim Yöntemleri

Son yıllarda malzemelerden istenen daha yüksek mukavemet, daha iyi rijitlik, daha iyi korozyon ve aşınma direnci, hafiflik, yüksek yorulma ömrü, ve ısıya dayanıklılık gibi beklentiler artmıştır. Artan beklentilere metal ve seramik gibi geleneksel malzemeler ile ulaşılamayacağı anlaşılmıştır. Bu yüzden elyaf takviyeli kompozitler malzemelerin kullanımı artmıştır.

Şekil 1: Kompozit üretim yönetmlerinin sınıflandırılması [Kaynak: Mazumdar]

Çok sayıda kompozit üretim yöntemi mevcuttur. Endüstride en fazla tekstil takviyeli kompozit üretim yöntemleri aşağıda anlatılmıştır.

     1.    El yatırma yöntemi (hand lay-up)

     2.    Püskürtme yöntemi (spray-up)

     3.    Filament sarma yöntemi (filament winding)

     4.    Reçine transfer ile kalıplama (RTM) reçine enjeksiyonu

     5.    Profil çekme / pultruzyon (pultrusion)

     6.    Hazır kalıplama / compression molding (SMC,BMC)

     6.1 Hazır kalıplama pestili / SMC (sheet moulding composites)

 6.2 Hazır kalıplama hamuru / BMC (bulk moulding composites)

 7.  Vakum Torbası Yöntemi/ vakum bagging

 8. Otoklav / autoclave bonding

    1.    El yatırma yöntemi (hand lay-up)

En basit ve en eski üretim yöntemidir. Cam lifi takviyeli duroplastik kompozitlerin üretiminde kullanılmıştır. Emek-yoğun bir üretim metodu olduğundan kapasite, emek ve kalıp adedine bağlıdır. Bir kalıptan günde  büyük parçaların üretiminde kolaylıkla kullanılabilmektedir.

Şekil 2: El yatırma yönteminin şematik görünümü [Kaynak: Handbuch Faserverbundkunststoffe, AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. (Hrsg.)]]

Dokuma veya kırpılmış elyaflarla hazırlanmış takviye kumaşları hazırlanmış olan kalıp üzerine elle yatırılarak üzerine sıvı reçine elyaf katmanlarına emdirilir. Elyaf yatırılmadan önce kalıp temizlenerek jelkot sürülür. Jelkot sertleştikten sonra elyaf katları yatırılır. Reçine ise kompozit malzemenin hazır olması için en son sürülür. Reçinede meydana gelen kimyasal reaksiyonlar malzemeyi yüksek dayanımlı hale getirir. Bu işlemde elyaf kumaşına reçinenin iyi nüfuz etmesi önemlidir. El yatırma tekniğinde en çok kullanılan polyester ve epoksi’nin yanısıra vinil ester ve fenolik reçineler de tercih edilmektedir.

Elyaf reçine oranı %30’lara varan kompozit üretimi yapılabilir, daha fazla elyaf hacim oranı için prepregler kullanılır.

2. Püskürtme yöntemi (spray-up)

Püskürtme yöntemi elle yatırma yöntemini aletli şekli olarak kabul edilebilir. Kırpılmış elyaflar kalıp yüzeyine, içine sertleştirici katılmış reçine ile birlikte özel bir tabanca ile püskürtülür. Elyafın kırpılma işlemi tabanca üzerinde bulunan ve bağımsız çalışan bir kırpıcı sayesinde yapılır. Püskürtülme işlemi sonrası yüzeyin bir rulo ile düzeltilmesiyle ürün hazırlanmış olur.

Püskürtme metodunda devamlı cam elyafından fitil, püskürtme işlemi sırasında 17-50 mm uzunluğunda kırpılarak kullanılır. Geniş yüzeyli ürünlerde seri üretim olanağı ve işçilikten tasarruf sağlar.

Şekil 3: Püskürtme yöntemi ve püskürtme tabancası

3.    Filament sarma yöntemi (filament winding)

Özellikle silindirik borular, araba şaftları, uçak su tankları, yat direkleri, dairesel basınç tankları için kullanılan üretim metodudur.

         

Şekil 4: Filament sarma yöntemiyle elde edilebilecek geometriler [Kaynak: sol:AVK, Sağ: Mazumdar]

Sıvı ve gaz yakıtların iletiminde kullanılan boru hatlarının üretiminde kullanılmaktadır. 700 bar basınca kadar dayanıklı yapılar üretilebilmektedir. 1960’lı yıllarından seri üretimi mümkün hale getirilmiştir.

Şekil 5: Filament sarma yöntemiye üretilen bir parça [Mazumdar]

Elyaf sarma yöntemi sürekli elyaf liflerinin reçine ile ıslatıldıktan sonra bir makaradan çekilerek dönen bir kalıp üzerine sarılmasıdır. Sürekli liflerin farklı açılarla kalıba sarılmasıyla farklı mekanik özelliklerde ürünler elde edilebilir. Yeterli sayıda elyaf katının sarılmasından sonra ürün sertleşir. Ardından döner kalıp ayrılır. Bu yöntemle yapılan ürünler genellikle silindirik, borular, araba şaftları, uçak su tankları, yat direkleri, dairesel basınç tanklarıdır.

Şekil 6: Filament sarma yönteminin şematik gösterimi [Mazumdar]

Filament (continuous fibers)  ve sıvı termoset reçineler kullanılır. Filamentler bobinlerde sağılır ve reçine banyosundan geçirilir. Cam karbon ve kevlar (aramid) filamentler kullanılır. Ancak maliyeti düşük olduğu için cam lifi en sık kullanılandır. Epoxy, polyester, ve vinylester reçine olarak kullanılır. Cam lifi ve poliester reçine maliyeti düşük uygulamalarda çok sık kullanılan kombinasyondur.

Filament sarma üretim öntemi belirli açıda elyafı serme imkanı ile tanınan bir işlemdir. Sağladığı önemli avantajlar şunlardır:

    I- Bazı basınçlı kapların ve yakıt tanklarının üretiminin yapıldığı tek yöntemdir ve bu uygulamalarda uygun fiyat ve yüksek performans sağlanabilmektedir.

    II-Makine teçhizatı ucuzdur ve ucuz hammadde kullanımı ile düşük maliyette ürünler elde edilebilmektedir.

    III.Seri üretim için otomasyon sağlanabilir ve büyük hacimli üretimler yapılabilmektedir.

Şekil 7: Duroplastik filament sarma işlemi [AVK]

Birçok avantajına rağmen bu yöntemi sınırlayan durumlar söz konusudur. Bunlar:

·         Kapalı ve dış bükey yapıların üretimi için uygundur.  Küvet şeklinde açık yapılar üretilemez.

·         Bazı uygulamalarda istenen küçük açılı sarma yapılamamaktadır. 0-15° arasındaki açılarda sarım yapılması zordur.

·         Maksimum elyaf oranı %60 olabilmektedir.