Kompozit Üretim Yöntemleri

Günümüz teknolojisinde özellikle havacılık sanayiinde geniş kullanım alanıyla kompozit malzemeyle çok karşılaşırız. Bu sebeple istenilen özelliklerde ve biçimde kompozit üretimi için bir çok yöntem kullanırız. Bu yazıda ise bu üretim yöntemlerine değineceğiz.

Kompozit Nedir?

İki ya da daha fazla sayıda farklı malzemenin en iyi özelliklerini tek bir malzemede toplamak amacıyla, makro düzeyde birleştirilmesiyle oluşturulan yeni malzemedir. Diğer bir deyişle birbirlerinin zayıf yönlerini geliştirerek üstün özellikler elde etmek amacı ile bir araya getirilmiş farklı tür malzemelerden veya fazlardan oluşan malzemeler olarak  adlandırılabilir. Detaylı olarak incelenmesi için “Kompozit Malzeme Nedir?”  yazısını okuyabilirsiniz.

Kompozit Üretim Yöntemleri

 İstenilen özelliklerde ve biçimde polimer esaslı kompozit malzeme üretimi için bir çok yöntem bulunmaktadır. Özellikle termoset matrislerin kullanıldığı kompozit sektöründe kullanılan üretim yöntemlerini temel olarak iki başlık altında incelemek mümkündür.

1) Açık Kalıp Üretim Yöntemleri

Bu yöntemde çok sayıda döküm üretmek için tekrar tekrar kullanılabilecek kalıcı bir kalıp ya da kılavuz kullanılır. Bu kalıplar bozulabilir ve kalıcı kalıp olarak ikiye ayrılır.

• Elle Yatırma Yöntemi 

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. Bu işlemde elyaf kumaşına reçinenin iyi nüfuz etmesi önemlidir. Elle yatırma tekniğinde en çok kullanılan polyester ve epoksinin yanı sıra  vinil ester ve fenolik reçineler de tercih edilmektedir. Elle yatırma yoğun işçilik gerektirmesine rağmen düşük sayıdaki üretimler için çok uygundur.

• Püskürtme Yöntemi 

Püskürtme yöntemi elle yatırma yönteminin 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 islemi sonrası yüzeyin bir rulo ile düzeltilmesiyle ürün hazırlanmış olur.

• Elyaf Sarma Yöntemi 

Bu yöntem özel biçime sahip ürünlerin seri üretimine uygundur. 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.

2) Kapalı Kalıp Üretim Yöntemleri

 Döküm teknolojisi içerisinde daha yaygın olarak kullanılan kapalı kalıplar içerisinde sıvı metalin kalıba doldurulabilmesi için bir yolluk sistemi bulunmaktadır. Kapalı kalıp üretim yöntemlerinde ürünün tamamen saran bir kalıp kullanılır. Açık kalıp uygulamalarına göre daha iyi ürünler elde etmek mümkündür.

• Reçine Transfer Kalıplama Yöntemi (RTM)

RTM yöntemi çoğunluk jelkotlu veya jelkotsuz her iki yüzeyinde düzgün olması istenen parçalarda kullanılır. Takviye malzemesi kuru olarak keçe, kumaş veya ikisinin kombinasyonu kullanılır. Takviye malzemesi önceden kalıp boşluğu doldurulacak şekilde kalıba yerleştirilir ve kalıp kapatılır. Elyaflar matris içinde geç çözünen reçinelerle kaplanarak kalıp içerisinde sürüklenmesi önlenir. Reçine basınç altında kalıba pompalanır. Bu süreç daha fazla zaman ister. Matris enjeksiyonu soğuk, ılık veya en çok 80 ºC’ye kadar ısıtılmış kaplarda uygulanabilir. 

• Vakum İnfüzyon Yöntemi

Bu yöntem RTM yöntemine ek olarak içerideki havanın dışarı çıkarılması ve reçinenin elyaf içine iyi işlemesi için vakum kullanılmasıdır. Elyafın kalıba yerleştirilmesini gerektirmesinden dolayı uzun sayılabilecek bir isçilik gerektirir. Kalıp kapalı olduğu için ise zararlı gazlar azalır ve gözeneksi bir ürün elde edilebilir. Bu yöntemle karmaşık parçalar üretilebilir. Concorde uçaklarında, F1 arabalarında bazı parçalar bu yöntemle hazırlanmaktadır.

• Vakum Torbalama Yöntemi 

Vakum torbası kullanılarak, ıslatılmış elyafların (el yatırması sonrası) yada prepreglerin vakum altında sertleşmesi esasına dayalı bir üretim yöntemidir. Bu uygulamada amaç; fazla reçinenin ve hava boşluklarının kompozit yapı  içerisinden alınmasını sağlamak ve yüksek elyaf oranına sahip ürün elde etmektir.

Otoklav+Vakum Torbalama: Vakum torbalanan prepreg ürünler oda sıcaklığında vakum etkisiyle sertleşebildiği gibi otoklav adı verilen özel basınçlı makineler içerisinde de sertleşebilmektedir. Otoklavda uygulanan ısı+basınç+vakum etkisiyle, minimum hava boşluğu içeren daha mukavemetli kompozit parçalar elde edilmektedir.

Bu yöntem sıklıkla elyaf sarma ve yatırma teknikleri ile bağlantılı olarak uygulanır. Kompozit malzeme tamir işlemlerinde de vakum torbalama yöntemi kullanılmaktadır.

• Sıcak Presleme Yöntemi (SMC-BMC-Prepreg)

Hazır kalıplama bileşenlerinin; metal kalıplarda preslenerek ısı ve basınç etkisiyle sertleştirilmesi esasına dayalı bir üretim yöntemidir. Kompozitlerin seri üretimine uygun bir yöntemdir.

• Pultrüzyon Yöntemi

Pull ve Extrusion kelimelerinden türetilmiş sürekli profil, boru vb. kompozit ürünlerin üretimini sağlayan bir yöntemdir. Reçine banyosunda emdirilmiş elyaf fitillerinin yada kumaşların  sıcak kalıplardan geçirilerek şekillendirilmesi ve sertleşmesini takiben makine hattı boyunca çekilmesi ve belirli boyutlarda kesilmesi esasına dayanır.

• Sürekli Laminasyon Yöntemi

Levha formunda kompozit ürünlerin üretiminin sağlandığı prosestir. Özel laminasyon makinelerinde elyaflarla takviyelendirilen reçinenin ısı ve basınç altında hızlı bir şekilde sertleştirilip soğutulmasını takiben bobinlere sarılması yada belirli boyutlarda kesilmesi ile elyaf takviyeli kompozit paneller elde edilmektedir.

• Reaksiyonlu Üretim (RRIM, SRIM)

İki reaktif bileşenin karıştırılarak kalıp boşluğuna enjekte edilmesi ve burada reaksiyon sonucu sertleşmesi esasına dayalı bir üretim yöntemidir. Bu uygulamada ki reçineler genellikle poliüretan (PUR) olup kimi zaman disiklopentadien (DCPD)’de kullanılmaktadır.

Kaynak

• ito.org.tr