Kompozit Malzemeler Hakkında

 Kompozit Malzemeler Hakkında

Kompozit malzeme; iki ya da daha fazla sayıda farklı malzemenin en iyi özelliklerini tek bir malzemede toplamak amacıyla, makro-düzeyde (birbiri içerisinde çözünmeyecek şekilde) birleştirilmesiyle oluşturulan yeni malzemedir. Başka bir deyişle birbirlerinin zayıf yönlerini geliştirerek üstün özellikler elde etmek amacı ile bir araya getirilmiş farklı tür malzemelerden veya fazlardan oluşan malzemeler olarak da adlandırılabilirler.

        


Her kompozitte genellikle iki tip madde bulunur. Bunlar matris ve matris içinde dağılmış olarak bulunan fiber takviye elemanlarıdır. Bu malzemeler birbirlerinden farklı fiziksel özelliklere sahiplerdir ve bir araya getirilmeleri ile oluşan kompozit malzeme her ikisinden farklı özelliklere kavuşur. Matris, gevrek ve kırılgan olan takviye elemanlarını çevresel ve dış etkilere karşı korur ve kompozit malzemenin kopmasını önler, takviye malzemesi ise kompozit malzemenin yük taşıma ve mukavemetini artırır. Yani genel olarak takviye malzemesi taşıyıcı görev üstlenir, etrafında bulunan matris faz ise onu bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar.

 

Formula-1 Araçlarında Kompozit Malzeme  (Karbonfiber) Kullanılma sebepleri:

 

 





       
Yüksek Mukavemet

Mekanik uygulamalarda, dışarıdan gelecek herhangi bir darbeye karşı beklenmedik sonuçların ortaya çıkmaması için, malzemenin gerekli en uygun cevabı veya davranışı verebilmesi istenir. 

        Hafiflik

Aynı boyutta ve hacimdeki çeliğe göre 4.5 kata kadar daha hafif olan yapısı sayesinde ağırlığın önemli olduğu yerlerde büyük avantaj sağlar. Formula-1 araçlarının daha hızlı gidebilmesi için ağırlık son derece önemlidir.

        Kolay Şekillendirilme

Büyük ve kompleks parçalar tek işlemle bir parça halinde kaplanabilir. Bu da malzeme ve işçilikten kazanç sağlar. Aerodinamik için önemli bir özelliktir.

        Korozyona ve Kimyasal Etkilere Karşı Mukavemet

Kompozit malzemeler, hava etkilerinden, korozyondan ve çoğu kimyasal etkilerden zarar görmezler.   

        Titreşim Sönümlendirme

Kompozit malzemelerde süneklik nedeniyle doğal bir titreşim sönümleme ve şok tutabilme özelliği vardır. Buda çok hızlı giden formula-1 araçları için çok önemlidir.

 

        Yarış araçlarında görülen her şey performansı artırmak, ağırlığı ve tur zamanından saliseleri azaltmak için tasarlanmıştır. Şasi, motor, aerodinamik tasarım… Bunların yanında malzeme seçimi asıl önemli olan noktalardan birisidir. Yarış mühendisleri arabalarını rekabetçi olacak kadar hafif yapmakla güvenli olacak kadar güçlü yapmak arasındaki pamuk ipliğini örmek zorundadırlar. Bunun için sert hafif ve güçlü bir madde gerekiyor. Sert, bükülmez bir araba daha hızlı viraj alır. Bu nedenle lastikler zemini asla bırakmaz. Hafif bir araba daha çabuk hızlanır ve fren yapar. Güçlü bir araba sürücüyü korur. Bu yüzden sert, güçlü, hafif bir madde bulmak yarış mühendisleri açısından kutsal su gibidir. Bu ise kompozit malzemeler ile mümkündür. 

 

Kompozit Üretim Yöntemleri:

 

Ele Yatırma Yöntemi

Düşük üretim düzeylerinde yaygın kullanımı olan el yatırması yöntemi, ilk zamanlardan beri endüstride sürekli gelişime açık olan ve üzerinde çalışılan üretim yöntemlerinden biri olmuştur. Birçok uygulama alanı vardır ve özellikle yüksek mukavemet gerektiren oldukça büyük parçaların üretiminde rahatlıkla kullanılabilmektedir. Kompozit endüstrisi kalıplama yöntemleri arasında temel ve evrensel olarak en uygulanabilir yöntem olarak kabul edilmektedir. 

 

Bu proseste sıvı reçine (CE 92 N8, CE 188 N8) takviye malzemesi ile (genellikle keçe MAT 1(M) MAT 8, MAT 9 dokuma (CE) beraberce açık kalıba uygulanır. Reçinede meydana gelen kimyasal reaksiyonlar malzemeyi yüksek dayanımlı ve hafif ürünler elde edilebilecek flekilde sertleştirir. Beton matriks içinde çelik çubukların takviye malzemesi görevi görmesi gibi, reçine, elyaf takviyeleri için matriks görevindedir. Bu yöntemde herhangi bir termoset reçine (epoxy, polyester, vinylester, phenolic) kullanılabilir. Takviye malzemesi olarak ise bilinenelyaflar (Cam, karbon, aramid...) kullanılabilir. Ancak ağır aramid kumaşların bu yöntemle ıslatılması (reçine emdirilmesi) çok zordur. Rüzgâr türbin kanatları, plakalar, tekne üretimi, mimari amaçlı kalıplamalarda kullanılmaktadır.

 

Vakum Torbalama Yöntemi

Vakum paketleme yöntemi ile kompozit malzemeden yapısal sistemlerin üretilmesi çok sık uygulanan ve maliyet etkin bir üretim metodudur. Vakum paketleme yöntemi düşük maliyetli bir uygulama olmasının yanında, teknik olarak da uygulanması basit olan bir yöntemdir. Vakum paketleme yöntemi ile basit bir laboratuvar ortamında kolaylıkla kompozit malzemeden yapısal elemanların üretilmesi mümkündür.

 

Vakum paketleme üretim tekniği esas itibari ile lifli kompozit kumaş malzemesinin bir kalıp içine elle yatırılması ve reçinenin elle kalıp içine dağıtılması sürecinden sonra devreye alınan bir uygulamadır. Vakum paketleme üretim metodu, klasik olarak uygulanan elle yatırma yöntemi kompozit yapı üretimi metodunun dezavantajlarını ortadan kaldırarak daha sağlam ve daha hafif kompozit yapılarının üretilmelerini mümkün kılmaktadır. Vakum uygulamasıyla fazla reçinenin dışarı çekilerek kompozit yapı içindeki lif-reçine oranının daha yüksek olması sağlanmaktadır. Ayrıca vakum uygulaması sayesinde reçinenin bütün katmanlar içine tam olarak nüfuz etmesi sağlanabilmekte ve bu sayede bütün bölgelerin reçineyle ıslatılmış olması garanti edilebilmektedir.

 

Vakum İnfüzyon Yöntemi

Vakum infüzyon yöntemi 1980’li yıllardan beri başta A.B.D. olmak üzere tüm dünyada, farklı sanayi dallarında uygulanmakta olan bir kompozit imalat yöntemidir. Vakumlanmış ortam içerisinde reçinenin ilerlemesi prensibiyle çalışan bu yöntemde, imalat hazırlıkları tamamlanmış ürünün el değmeden üretimi amaçlanmaktadır. Çoğu zaman karmaşık yapılara sahip kompozit elemanların üretimi için kullanılan bu yenilikçi metotta, malzemelere emdirilen reçinenin uygun viskoziteli olması önemlidir. Dar aralık ölçülerinin ve uzun akış yollarının söz konusu olduğu yerlerde reçinenin mümkün olduğu kadar kısa sürede güçlendirme elyaflarına emdirilmesi gerekmektedir. İnfüzyon yönteminin genel sistemi aynı olmakla beraber uygulama yolları farklılıklar

 

İnfüzyon yöntemi dört bölümden oluşur: Vakum pompası, vakum tankı (reçine toplama tankı), kalıp ve reçine kovası. Bu dört bölümün bağlantıları ve şekilleri değişebilir ancak genel sistem mantığı hep aynıdır.



Vakum infüzyon ile malzeme üretim aşamaları:

1)  İlk olarak üretimin gerçekleştirileceği cam ıslak bir bezle iyice temizlenir ve sonra kuru bez ile silinerek kurutulur.

2)  Elyaflar istenen tasarıma göre kesilir.

3)  Üretilmek istenen kompozit arada kalacak biçimde, kesilen elyafların boyutlarından en az 50’şer mm geniş bir alanın etrafına kağıt bantlar yapıştırılır.

4)  Bantın içinde kalan alana, toz bırakmayan ve çok yumuşak olmayan bir bezle wax sürülür. 

5)  İstenen tasarıma göre kesilmiş elyaflar üst üste sıralı bir biçimde waxlanmış alana serilir.

6)  Kağıt bantlar çıkarılır ve çıkarılan yerlere “sealant tape” yapıştırılır.  7) Wax’lanan bölgeye yerleştirilen elyafların üzerine “peel ply” serilir. 8) Peel ply serildikten sonra, reçine tankından reçinenin akışını sağlayacak reçine hattı kurulur. Reçine hattı için spiral hortum ve normal şeffaf hortum kullanılır. Şeffaf hortum bir ucundan spiral hortuma bağlanır. Spriral hortum fazladan bırakılmış (60 mm) peel ply ile sarılır ve çözülmesin diye kağıt bant ile yapıştırılır. 

9) Akış filesi, elyaf boyutlarından 3 kenardan 10’ar mm ve reçine hattı kısmında 20 mm fazla olacak şekilde kesilir ve peel ply’ın üzerine serilir.

10)Vakum hattı reçine hattının tam karşı kenarına kurulur. Vakum hattı için “kırmızı file” kullanılır. Kırmızı file peel ply dan 20 mm mesafe olacak şekilde yerleştirilmelidir. Kırmızı file sabitlemek için kağıt bant yada sealant tape kullanılabilir.

11)Vakum torbasının camın üzerine yapışmasını önlemek için havayı geçiren ama reçineyi geçirmeyen “mavi delikli, süngerimsi bez” peel ply ve “kırmızı file” arasına köprü yapılır. 12) Bir ucu vakum tankına bağlı olan vakum hortumunun diğer ucuna “kırmızı file” geçirilir. 13) Vakum hortumu ile aynı şekilde, reçinenin akışı için gerekli olan hortum da spiral boruya bağlanır.

14)Son hale getirilen sistemin üzeri çok dikkatli biçimde vakum torbası ile kapatılır. 14. Adımla birlikte üretim için gerekli sistem hazır hale gelmiş bulunmaktadır. Sırada kullanılacak olan reçinenin hazırlanması vardır.

15)Bu ürün için epoxy reçine kullanılmıştır. Ürünün data sheet’ine göre; kullanılacak olan reçinenin % 40’ı kadar sertleştirici eklenir.

16)


Homojen hale getirilen sıvı karışımın içerisinde hava kabarcıkları kalmaktadır. Bunların yok edilmesi için vakum fırını içinde 15 dakika boyunca “digez” işlemi yapılır. 17) Vakum torbası yapıştırıldıktan sonra ve reçine karıştırıldıktan sonra vakum pompası çalıştırılır ve kumaşların üzerindeki boş hava vakumlanır.

18)  Hava kabarcıklarından arındırılan reçine, 13. adımda bahsedilen akışı sağlayacak hortumun Elyaf Akış Filesi Peel ply Sealant tape Vakum torbası Reçine Hattı Vakum Hattı Peel ply’ı spiral hortumun üzerine sarıyoruz içine daldırılmasıyla artık üretime başlamaya hazır hale gelmiştir.

19)  Reçinenin serili kumaşlar üzerinde ilerleyişi gözlemlenir.

20)  Kumaşların tüm hacmi reçine ile kaplandıktan sonra, reçine akışını sağlayan hortum yine katlanır ve zipper ile katlı biçimde sabitlenir.

21)  Tüm elyaflar ıslandıktan 2 saat sonra vakum pompası kapatılır. Vakum pompasını apatmadan hemen önce aynen reçine akışını sağlayan hortuma yapıldığı gibi, vakum hortumu da katlanır ve zipper ile katlı halde sabitlenir.

 

Vakum İnfüzyon Yönteminin Avantajları

 

        Düşük reçine/elyaf karışım oranı

        El yatırma yönteminde %70 reçine %30 elyaf kullanım oranı varken, infüzyon yönteminde tam tersine dönüp %30 reçine %70 elyaf kullanım oranı vardır. Bu da malzeme yapısının daha sağlam olmasına ve malzemenin daha uzun ömürlü olmasını sağlar.

        Homojen ürün eldesi sağlanır.

        Reçine birikmesi veya elyaf katlanmaları meydana gelmez. Temiz imalat sağlanır. Büyük parçalar bu yöntemle üretilebilir.

 

Vakum İnfüzyon Yönteminin Dezavantajları

 

        Diğer basit yöntemlere göre kullanılan ekipman sayısı fazla olduğundan daha yüksek iş gücü gerektirir ve bu sebeple de maliyet artar.

        İşlem basamakları kısmen karmaşıktır.

        Düşük vizkoziteye düşük reçine kullanımı mekanik özellikleri olumsuz etkileyebilir

Reçine ile ıslanmamış bölgeler kalabilir; bu da pahalı atık malzeme demektir.

Bartu Ülker
Berkan Demirtaş

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder