Günümüz teknolojisine ulaşana kadar malzeme kullanımları çok farklı aşamalardan geçmiştir. Özellikle kompozit malzeme üretimi, birçok farklı sektörde artan kullanımları beraberinde adından sıklıkla söz ettiren malzemeler olmuştur.
Kompozit Malzeme Nedir?
Özellikle havacılık alanında yapısal anlamda talebi ve istenilen verimi karşılaması nedeniyle kompozit malzemeler çok sık tercih edilir. Ancak bir kompozit malzemenin yapısal anlamdaki avantajları her ne kadar yüksek olsa da, üretilebilirlik özelliği en önemli kriterlerden birisidir.
Ne kadar sağlam, hafif ve uygun maliyetli tasarım yaparsanız yapın, eğer üretim aşamasında karşınıza bitmek bilmeyen sorunlar çıkıyorsa, farklı tercihler de bulunmanız gerekecektir. Tam da bu noktada yıllar boyu farklı yöntemler denenerek, kompozit malzeme üretim konusunda ciddi aşamalar kaydedilmiştir.
Kompozit malzeme üretim yöntemleri genel olarak üretilecek olan malzeme içerisinde kullanılan takviye malzemesi ile matris malzemesinin özelliklerine göre seçilir. Bu noktada ortaya çıkarılacak olan parçanın geometrik şekli de üretim yöntemini belirleme açısından son derece kritiktir. Özellikle havacılık alanındaki parçaların talebini karşılamak suretiyle sık sık tercih edilen Otoklav yöntemi ve diğer tüm kompozit üretim yöntemleri aşağıda sırasıyla açıklanmıştır.
Kompozit üretim yöntemleri genel olarak iki farklı başlık altında incelenirler. Bunlar; Açık kalıp üretim yöntemleri ve Kapalı kalıp üretim yöntemleri olarak sıralanabilir.
Açık Kalıp Üretim Yöntemleri
Açık kalıp üretim yönteminde, süregelen bir üretimi sağlayacak ve tekrar tekrar kullanımı mümkün olan kalıcı kalıplar ya da kılavuzlar kullanılır. Bu kalıplar bir süre sonra kullanımda yaşanan olumsuzluklar ya da farklı nedenlerden dolayı bozulabilirler.
Elle Yatırma Yöntemi
Elle yatırma yöntemi diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında daha fazla işçilik gerektirir ve uzun süreli bir üretim süreci ile karşılaşılır. Bu nedenle seri olarak üretilmesi gereken parçalar için çok tercih edilen bir yöntem değildir. Ancak az sayıda üretilecek parçaların elle yatırma yöntemi ile üretilmesi sıklıkla karşılaşılan bir durumdur.
Üretime geçilmeden önce hazırlanmış olan elyaf kumaşları kalıp üzerine elle yatırılmak için beklerken, kalıp temizleme işlemi gerçekleştirilir. Sonrasında kalıptan ayırma spreyi yüzeye uygulanır. Bu sprey sayesinde parçanın üretim sonrasında kalıptan en sorunsuz şekilde ayrılması sağlanacaktır.
Ardından kompozit malzemenin dış görünüşünü oluşturacak jelkot katmanı kalıba uygulanır ve bu katmanın sertleşmesi beklenir. Jelkotun sertleşmesi beraberinde elyaf katları kalıp yüzeyine yatırılır ve son olarak reçine uygulama işlemi gerçekleştirilir. Bu noktada reçinenin elyaf katmanlarına iyi derecede nüfuz etmesi son derece önemlidir.
Elle yatırma yönteminde matris malzemesi olarak genellikle polyester, epoksi, vinilester ve fenolik reçineler tercih edilir.
Püskürtme Yöntemi
Püskürtme yöntemi elle yatırma yönteminin biraz daha gelişmişi olarak bilinir ve bu yöntemde püskürtme aleti kullanılır. Kırpılmış haldeki elyaflar ve reçine, püskürtme aleti içinde bir araya getirildikten sonra kalıp yüzeyine püskürtülür.
Elyaflar püskürtme işleminden hemen önce alet üzerinde bulunan kırpıcı yardımıyla olması gereken uzunlukta kesilir. Püskürtme ile kalıp yüzeyine yerleştirilen elyaf ve reçine karışımı daha sonrasında bir rulo yardımıyla düzeltilir ve ürüne son hali verilir.
Elyaf Sarma Yöntemi
Bu yöntem ile daha çok konik ve silindirik ürünlerin üretimi yapılır ve uygun şekillerin üretilmesi konusunda seri üretim imkânı mümkündür. Bu yöntem ile üretim yapılırken makaralar yardımıyla elyaflar önce reçine banyosuna daldırılır ve ıslatılır, ardından ise yine makaralar yardımıyla önceden üretilmiş kalıp üzerine sarılır.
Sarma işleminde kullanılan kalıp, üretilmek istenen parça şeklinde oluşturulmuştur ve sarma işlemi önceden hazırlanan ve döner haldeki kalıp üzerinde uygulanır. Liflerin makaralar yardımıyla farklı açılarda kalıba sarılması beraberinde üretilen ürünler farklı mekanik özelliklere sahip olabilir. Yeterli sayıda elyaf katmanının sarılması ardından ürün sertleşmeye bırakılır. Sonrasında ise döner kalıbın ayrılması sağlanır.
Elyaf sarma yöntemi ile üretimi sağlanan parçalar genellikle silindirik borular, konik parçalar, araba şaftları, uçak su tankları, dairesel basınç tankları ve yat direkleridir.
Kapalı Kalıp Üretim Yöntemleri
Kapalı kalıp üretim yöntemleri olarak sınıflandırılan yöntemlerde ürünün hem iç hem de dış yüzeyini saran bir kalıp bulunur. Bu nedenle her iki yüzeyin de kaliteli ve istenilen gibi ortaya çıkması mümkündür. Açık kalıplama yöntemi ile kıyaslandığında, kapalı kalıplama beraberinde üretilen kompozit malzemelerin kalitesi daha üst seviyededir.
Reçine Transfer Kalıplama Yöntemi (RTM)
RTM üretimine genel olarak her iki yüzeyinin de pürüzsüz ve düzgün olması istenen parçalarda başvurulur. Kalıplama işleminde ilk katman olan jelkotun mevcut olup olmaması RTM üretim yönteminin tercih edilip edilmemesini etkilemez.
Kompozit malzemenin mekanik özelliklerini esas belirleyecek takviye malzemesi olarak kuru keçe, kumaş ya da her ikisinin kombinasyonu olan bir malzeme tercih edilir. Kalıbın her iki bölümü de bir araya gelip kapalı kalıp ortaya çıkmadan önce kalıp boşluğu takviye malzemesi ile doldurulur ve ardından kalıp kapatılır.
Daha sonrasında kalıp yüzeyinde mevcut olan bir bölümden kalıp içerisinde yüksek basınç beraberinde matris malzemesi olan reçine transfer edilir. Matris enjeksiyonu talebe göre soğuk ya da ılık olmak koşulu ile 80 dereceye kadar ısıtılmış kalıplarda uygulanabilir.
Vakum İnfüzyon Yöntemi
Vakum infüzyon yöntemi ana hatlarıyla RTM benzeri bir üretim yöntemi olarak bilinir. Ancak bu yöntemde farklı olarak kalıp içerisindeki havanın vakum beraberinde dışarı çıkarılması söz konusudur.
RTM’de olduğu gibi kalıp kapatılmadan önce elyaf yerleştirme işlemi gerçekleştirilmelidir ve bu da üretim sürecinin uzamasına neden olur. Kalıp içerisindeki takviye malzemesi içerisindeki hava vakum beraberinde dışarıya çıkarıldığı için reçinenin takviye malzemesine daha iyi nüfuz etmesi sağlanacaktır. Bu durum hem kompozit malzemenin homojenliğini hem de yapısal özelliklerini artırıcı niteliktedir.
Vakum Torbalama Yöntemi
Bu yöntemde asıl hedef ıslatılmış elyafların ya da diğer takviye malzemelerinin elle yatırma yöntemi gibi bir yöntemle kalıp yüzeyine yerleştirilmesi ve ardından vakum altında sertleşmesinin sağlanmasıdır. Hedeflenen bu üretim yöntemi sayesinde kompozit yapı içerisinden fazla reçine ve hava boşlukları dışarıya çıkarılarak, daha yüksek elyaf oranına sahip ürünler elde edilebilir.
Vakum Torbalama ve Otoklav Yöntemi
Vakum torbalama ile üretilecek olan ürünlerde, vakum işlemi ardından ürünler oda sıcaklığında sertleşmeye bırakılır. Yalnızca vakum torbalama yönteminin kullanılmasının yanı sıra Otoklav yönteminin de bu uygulamaya ek olarak uygulandığı bilinmektedir. Otoklav yönteminde üretim sürecindeki kompozit yapıya ısı, basınç ve vakum etkisi birlikte verilir. Bu sayede kompozit yapı içerisinde minimum seviyede hava boşluğu kalır ve ortaya çok daha mukavemetli parçalar çıkar.
Bu yöntemin sık sık elyaf sarma ve elle yatırma yöntemi beraberinde kullanıldığı bilinmektedir. Kompozit malzemelerin tamiri gerçekleştirilirken de yine vakumla torbalama yöntemine başvurulmaktadır.
Sıcak Presleme Yöntemi (SMC-BMC-Prepreg)
Bu yöntem genel itibariyle kompozitlerin seri üretimi için son derece uygun bir yöntemdir. Üretim için öncelikle parça modelini ortaya çıkaracak bir kalıp bulunması gerekir. Sonrasında bu kalıp içerisinde malzeme bileşenleri preslenmek suretiyle, ısı ve basıncın etkisine bağlı olarak sertleştirilir ve son ürün ortaya çıkarılır.
Pultrüzyon Yöntemi
Bu yöntem ismini Pull ve Extrusion kelimelerinden alır. Genel olarak sürekli boru ya da profil şeklindeki kompozit malzemelerin üretiminde pultrüzyon üretim yöntemi karşımıza çıkmaktadır.
Bu yöntem incelendiğinde ilk olarak reçine banyosuna daldırılan elyafların silindirler beraberinde çekildiği ve bu işlem sırasında da sıcak kalıplardan geçirilerek şekillendirildiği göze çarpar. Şekillendirme beraberinde kompozit yapılar sertleşmeye başlar ve yine çekme işlemine tabi tutularak ürünlerin belli boyutlarda şekillendirilmesi ve ardından kesilmesi ile üretim son bulur.
Sürekli Laminasyon Yöntemi
Bu üretim yöntemi genel olarak levha halinde kompozit yapıların üretilmesi için kullanılmaktadır. Özel laminasyon makineleri kullanılarak takviye malzemeleri ve reçinenin kombin edilmesi, ardından ise ısı ve basınç beraberinde hızlı bir şekilde sertleştirilip soğutulması gerçekleştirilir. Bu işlem ardından ortaya çıkan levha şeklindeki kompozit parça amacına bağlı olarak ya belli boyutlarda kesilir ya da bobinlere sarılarak depolanır.
Reaksiyonlu Üretim (RRIM, SRIM)
Bu üretim yönteminde genel olarak iki farklı reaktif bileşen karıştırılmak suretiyle kalıp boşluğuna enjekte edilir. Enjekte edilen reaktif bileşenler sertleşerek kalıp şeklinde bir kompozit parçanın üretilmesini sağlar. Bu uygulama için kullanılan reçine çeşitleri genel olarak PUR (Poliüretan) ve DCPD (Disiklopentadien) dir.
Kompozit Malzeme Örnekleri
Kompozit malzeme çeşitleri, kullanım alanlarına göre değişmektedir. Bunların en önemlileri şu şekildedir:
- Karbon Fiber: Spor malzemeleri, havacılık ve uzay sanayisi, yenilenebilir enerji tesisleri, otomotiv sanayisi.
- Kevlar: Askeri sanayi ve emniyet güçleri.
- Fiberglas: Banyo ve duş malzemeleri, yalıtım ve pencere sistemleri.
