Kompozit Üretim Yöntemlerine Genel Bakış

Kompozit malzemeler onlarca farklı sektörde kullanılmaktadır. Uygulama alanlarının hızla artmasıyla kompozit üretim yöntemleri, çeşitlenmeye ve gelişmeye devam etmektedir. Kullanım alanlarına göre farklılaşan bu yöntemleri tek tek ele almak gerekir. Bu yöntemleri ele almadan önce kompozit malzemesinin ne olduğunu ve ne işe yaradığını bilmekte fayda var. Bu yazıda, kompozitin ne olduğuna ve proses edilme yöntemlerinin neler olduğuna değindik.

Kompozit Nedir?

İki veya daha fazla sayıdaki ham maddelerin bir araya getirilerek oluşturulan yeni malzemeye kategorik olarak kompozit diyebiliriz. Meydana gelen malzemenin, birleşimi olan malzemelerin üstün özelliklerini taşıması beklenir. Matris ve takviye malzemelerinden de oluşturulan kompozit, kompozitler özellikle havacılık, denizcilik, altyapı, enerji ve otomotiv sektörlerinde yoğun olarak kullanılır. Kullanım alanına göre farklı kompozit üretim yöntemleri olduğundan da bahsetmek gerekir.

Kompozit Üretim Yöntemleri Nelerdir?

Polimer esaslı kompozit malzeme söz konusu olduğunda üretim yöntemleri açık kalıplama ve kapalı kalıplama olarak temel iki ana başlık altında incelemek mümkündür. Bu yöntemler, kompozit malzemelerin özgün özelliklerini ve performansını elde etmede önemli bir rol oynamaktadır.

Açık Kalıplama

Tek bir kalıp ya da kılavuz kullanılan bu yöntemde el yatırması, püskürtme ve fitil sarma olarak 3 farklı alt üretim tekniği yer almaktadır. Kompleks olmayan ve az miktarda ekipman gerektiren bu yöntemin ucuz maliyetlidir. Ayrıca açık kalıplama, kompozit üretim sürecinde en çok kullanılan bir yöntemdir.

1.El Yatırması Yöntemi

El yatırması, bir diğer adıyla hand lay-up yönteminde takviye kumaşları, kalıplara elle yatırılarak uygulanır ve sıvı reçinenin elyaf katmanlarına emdirilmesi sağlanır. El yatırması yönteminde öncelikle kalıp temizlenmeli ve yüzeyine jelkot sürülmelidir. Jelkot ve skinkot (yüzey katmanı) ardından elyaf katmanları reçine ile ıslatılarak yatırılır. En temel kompozit üretim yöntemi olan el yatırmasında dikkat edilmesi gereken en önemli nokta reçinenin elyaf katmanlarına iyi bir şekilde nüfuz etmesidir.

2. Püskürtme Yöntemi

Püskürtme yöntemi, bir el yatırması yöntemine göre daha verimlidir. Daha az reçine tüketimi ile parçada daha yüksek bir elyaf/reçine oranı sağlanır. Özellikle geniş yüzey alanına sahip parçaların seri imalatını hızlandırır. Bu yöntemde, özel bir tabanca yardımıyla kırpılmış elyaflar, kalıp içine püskürtülmektedir. Tabanca üzerindeki kırpıcı, elyafın kırpılmasını sağlamaktadır, tabanca ucunda sertleştirici ile püskürtülen reçine karışır ve kırpılan elyaflar ile birlikte reçine karışımı kalıba atılır.  Püskürtme işleminin yüzeye dik olarak yapılması, malzeme israfını önleyeceği için dikkate alınması gerekmektedir. Kırpıcı ve püskürtme makinaları robot kollara takılabilerek proses yarı-otomatik hale getirilebilir. Püskürtme sonrasında, rulolama işlemi uygulanmaktadır. Bu işlem, reçinenin içindeki havayı çıkarmaktadır.

3. Elyaf Sarma (Filament Sarım Yöntemi)

Elyaf sarma yöntemi, seri üretim için uygun bir yöntemdir. Bu işlemde sürekli olarak elyaf lifleri reçine ile ıslatılmaktadır. Ardından makaradan çekilerek dönen mekanizmaya sahip olan kalıbın(madrel) üzerine sarılacaktır. Farklı açılardan sarılan ürünler, farklı mekanik özelliklerdeki ürünleri ortaya çıkarabilmektedir.

Sarma işleminde etkili performans almak için boru çapları, lif açısı, bant genişliği, mandrel hızı gibi birçok değişken devreye girmektedir. Elyaf katı, yeterli miktarda sarıldığında ürün sertleşerek kalıplara ayrılacaktır. Elyaf sarma yöntemiyle genelde su tankları, dairesel basınç tankları ve silindirik borular gibi ürünler üretilmektedir. Fitil sarma ile ufak çaplardan başlayarak 3 metre çapında devasa altyapı borularına kadar geniş bir ölçeklendirmede üretim imkanı bulunmaktadır.

Kapalı Kalıplama

Kompozit üretim yöntemleri konusunda ele alınacak temel yöntemlerden biri de kapalı kalıplamadır. Açık kalıp uygulamalarına göre daha performanslı parçaların üretilmesini mümkün kılar. Kapalı kalıplama yönteminde ürünü bütünüyle saran bir kalıp kullanılır ve dolayısıyla (vakum infüzyon dışında) ürünün çift taraflı tüm dış yüzeyi kalıp yüzeyi kalitesinde çıkmaktadır. Açık kalıplama yöntemlerinde sadece tek taraflı kalıp yüzeyinde iyi yüzey alınabilir. Temel ve önemli farklardan bir diğeriyse reçinenin kürlenme reaksiyonu kapalı kalıp üretim yöntemlerinde kontrollü ve istenilen şartlar dahilinde gerçekleşebilir.

1. Reçine Transfer Kalıplama Yöntemi (RTM)

Reçine transfer kalıplama yöntemi, jelkotlu veya jelkotsuz parçalar için uygulanmaktadır. Keçe, kumaş veya ikisi de birlikte kuru bir şekilde kullanılmaktadır. Cam elyaf keçelerin, ortasında polipropilen veya polyester bir akış ortamı ile birleşimiyle üretilen bir ham madde olan RTM elyafları, RTM prosesi için tasarlanmıştır. RTM yönteminde günümüzde artık RTM elyafı kullanılmaktadır. Takviye malzemesi kalıba yerleştirildikten sonra kalıp kapatılır. Ardından kalıp içerisine RTM makinesi yardımıyla basınç altında reçine pompalanmaya başlar.

Reçine enjeksiyonu yöntemi ile daha seri ve ekonomik olarak el yatırmasına oranla daha kaliteli ürün elde edilir. Büyük boyutlu, karmaşık geometrili parçaların yanı sıra sandviç yapıdaki parçalar tek işlemle kalıplanabilmekte ve farklı bölgelerde cidar kalınlıkları sağlanabilmektedir. Ayrıca çevre sağlığı açısından bir avantaj da, sistem kapalı olduğundan kullanılan polyester içindeki stirenin ortama buharlaşmamasıdır.

2. Vakum İnfüzyon Yöntemi

Kısaca infüzyon olarak bilinen yöntemde temel prensip, reçinenin kalıba ve beraberinde elyaf katmanlarına vakum sayesinde alınmasıdır. Elyaf takviyeler kalıp üzerine yerleştirilir, ardından vakum sarf malzemeleri ve son olarak hava sızdırmazlığını sağlayacak olan vakum torbası ile kapatılır. Sistem üzerinde belirlenen hava emiş noktasından bir vakum pompası kalıbı vakum altına alır ve reçine giriş noktalarından beslenen reçine kalıp içinden geçerek pompaya ulaşmaya çalışır. Bu süreçte kalıp, vakum altında olduğu için, kalıplama herhangi bir pres kullanmadan atmosfer basıncı kadar yük altında gerçekleşir. Bu sayede daha yüksek ve kararlı elyaf/reçine oranı yakalanabilir ve parçanın mekanik performansı arttırılır. Görece basit olan vakum infüzyon yöntemi ile kompleks şekillerde yüksek mekanik performans beklenen ürünler üretilebilir.

3. SMC-BMC Sıcak Presleme Yöntemi

Isı ve basınç etkisi baz alınarak hazır kalıplama ürünlerinin sertleştirilmesini sağlayan bir yöntemdir. Kompozit üretim yöntemleri içerisinde en hızlı ürün alınabilen prosestir. Ürün boyutuna göre 3-6 dakikalık bir kalıplama süresi sağlayan hızlı, seri bir kalıplama metodudur. Önceden hazırlanmış, pestil veya hamur haldeki cam elyafı-polyester-dolgu ve katkı malzemeleri karışımının 150-170 °C sıcaklıkta ve 5—120 kgf/cm2 basınç altında metal kalıplarda şekillendirilmesi mümkündür.

Kompozitler için seri üretimde kullanılmaktadır. Kompozit ürünlerin üretim sürecinde kullanılan sıcak presleme yöntemi, farklı malzemelerin sıcaklık ve basınç altında birleştirilmesini sağlar. Önceden hazırlanan kompozit malzemeler, sıcak kalıplar arasına yerleştirilmektedir. Bu yöntem özellikle de endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır.

5. Pultrüzyon Yöntemi

Pultrüzyon yöntemi, devamlı cam elyaf fitillerinin reçine banyosunda emdirilmesinin ardından istenilen profilde bir sıcak kalıp içinden çekilirken sertleşmesi prensibine dayanır. Elyaf takviyeleri profilin uzunluğuna paralel dizildikleri için tek yönde çok mukavemetli ve elyaf oranı çok yüksek parça üretilebilir.

Profil çekme yöntemi olarak da adlandırılan pultrüzyon yöntemi, düşük işçilik maliyeti sağlar. Otomatik bir işlem süreci söz konusu olduğu için pultrüzyon hızlı üretimi destekler. Ayrıca pultrüzyon sürekli bir proses olduğu için istenilen uzunlukta parça üretimi de yapılır.

6. Sürekli Laminasyon Yöntemi

Kompozit üretim yöntemleri arasında olan sürekli laminasyon yönteminde, levha formundaki kompozit ürünlerin elde edilmesi sağlanmaktadır. Elyaf takviyeleri, reçine ile birlikte iki plastik film arasında sıkıştırılarak çekilirken fırınlanması ile iki yüzü düzgün, oluklu, şeffaf veya opak levha üretimi sağlanır. Yöntemde, özel laminasyon makineleri kullanılmaktadır. Elyaf takviyeli reçine, bu makinelerde ısı ve basınç etkisiyle hızlı bir şekilde sertleşmektedir. Kürlenen laminant sonra bobinlere sarılıp belirli boyutlarda kesilerek kullanılabilir.

Sonuç olarak, tüm bu yöntemlerin tek amacı kompozit ürünlerin elde edilmesini sağlamaktır. Dayanıklı ve hafif bir madde olan kompozit, farklı metodlar ile üretilmektedir. Kompozit üretim yöntemleri, kompozit malzemelerin özelliklerini ve performanslarını etkilemektedir. Dolayısıyla istenilen ürün ve ürün kalitesine göre doğru yöntemlerin tercih edilmesi önemlidir.