KOCAELĐ ÜNĐVERSĐTESĐ * FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
SERAMĐK TAKVĐYELĐ POLĐMER MATRĐKSLĐ
KOMPOZĐTLERĐN ÜRETĐMĐ VE BALĐSTĐK
ÖZELLĐKLERĐNĐN DEĞERLENDĐRĐLMESĐ
YÜKSEK LĐSANS
Metalurji ve Malzeme Müh. Đnci Özlem GÜNDÜZ
Anabilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği
Danışman: Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT
KOCAELĐ ÜNĐVERSĐTESĐ * FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
SERAMĐK TAKVĐYELĐ POLĐMER MATRĐKSLĐ
KOMPOZĐTLERĐN ÜRETĐMĐ VE BALĐSTĐK
ÖZELLĐKLERĐNĐN DEĞERLENDĐRĐLMESĐ
YÜKSEK LĐSANS
Metalurji ve Malzeme Müh. Đnci Özlem GÜNDÜZ
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 29 Aralık 2008
Tezin Savunulduğu Tarih: 31 Mart 2009
Tez Danışmanı Üye Üye
Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT Yrd. Doç. Dr. H. Đbrahim ÜNAL Doç Dr. Ahmet KARAASLAN
ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR
Kompozit teknolojisinin gelişimiyle askeri alanda büyük bir uygulama alanı bulan kompozit zırhlar, sahip oldukları yüksek mukavemet ve hafiflik gibi öne çıkan özellikleri sayesinde personel ve araç korumasında aranan bir malzeme grubu haline gelmiştir. Bu doğrultuda üretimi gerçekleştirilen ve balistik açıdan kullanılabilir birer malzeme olup olmadığının araştırılması için balistik testlerinin gerçekleştirildiği poliüretan esaslı silindirik alumina takviyeli kompozit zırh ile epoksi esaslı silindirik alumina takviyeli kompozit zırh malzemelerini araştırdığım yüksek lisans tez çalışmamın bu alanda faydalı olmasını dilerim.
Bana tez çalışmam sürecinde destek veren ve yardımlarını esirgemeyen danışmanım sayın Yrd. Doç. Dr. Şeyda POLAT’a ve KOÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölüm Başkanı sayın Prof. Dr. Şadi KARAGÖZ’e teşekkür ederim. Tez çalışmalarıma katkılarından dolayı Kara Kuvvetleri 7’inci Bakım Merkezi Komutanlığı’nda görevli Üsteğmen Hilal Kemal ŞENYILMAZ’a ve KOÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği araştırma görevlisi Fulya KAHRIMAN’a şükranlarımı sunarım. Bana her zaman en büyük yardım ve desteği veren babam Yalçın PAMUK’a ve annem Selma PAMUK’a sonsuz teşekkür ederim. Ayrıca manevi desteğini hiçbir zaman esirgemeyen eşim Ayhan GÜNDÜZ’e minnet duygularımı dile getiriyorum.
ĐÇĐNDEKĐLER ÖNSÖZ VE TEŞEKKÜR ... i ĐÇĐNDEKĐLER ... ii ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ ... iv TABLOLAR DĐZĐNĐ ... vi SĐMGELER ... vii ÖZET ... ix ĐNGĐLĐZCE ÖZET ... x 1. GĐRĐŞ ... 1 1.1. Termoplastikler ... 2 1.2. Termosetler ... 3 1.3. Elastomerler ... 4 1.3.1. Doğal kauçuk ... 4 1.3.2. Sentetik kauçuklar ... 4 2. KOMPOZĐT MALZEMELER ... 6
2.1. Kompozit Malzemelere Giriş ... 6
2.2. Kompozit Teknolojisinin Gelişimi... 7
2.3. Kompozit Malzemelerin Avantajları ve Dezavantajları... 8
2.4. Polimer Kompozit Üretim Yöntemleri... 9
2.4.1. Elle yatırma yöntemi ... 9
2.4.2. Reçine transfer kalıplama (RTM) ...10
2.4.3. Pultrüzyon...11
2.4.4. Filaman sarma ...12
2.4.5. Vakum torbalama ...12
2.4.6. Otoklav kalıplama ...14
2.4.7. Reçine film infüzyon (RFI) ...15
2.4.8. Vakum infüzyon...19
2.4.8.1. Vakum infüzyonun avantajları...19
2.4.8.2. Potansiyel dezavantajları ...21
2.4.8.3. VIP Set-Up ve teçhizat ...22
2.4.8.4. Kalıp hazırlanması...25
2.4.8.5. Takviye malzemesinin seçimi...25
2.4.8.6. Akış ortamı ve/veya iç malzeme seçimi ...26
2.4.8.6.1. Akış ortamı (Reçine yayılma ağı) ...26
2.4.8.6.2. Reçine besleme hatlarının seçimi ve kurulması ...26
2.4.8.6.3. Vakum hatlarının seçimi ve kurulması ...26
2.4.8.6.4. Vakum haznesinin oluşturulması ...27
2.4.8.6.5. Reçine kapanı ...27
2.4.8.6.6. Vakum pompanın bağlanması...28
2.4.8.6.7. Uygun vakumun sağlanması ...28
2.4.8.6.8. Reçine seçimi ...28
2.4.8.6.9. Reçine piston kurulumu ...29
2.4.8.6.11. Reçine hattının kapanması ...30
2.4.8.7. Vakum infüzyon için yardımcı gereçler ...30
2.4.8.7.1. Termal tabanca ...31
2.4.8.7.2. Kronometre ve işaretleyici...31
3. POLĐMER ESASLI KOMPOZĐT MALZEMELER ...32
3.1. 2000’li Yıllarda Polimer Kompozitler ...32
3.2. Kompozit Pazarı...33
3.3. Performans...33
3.3.1. Takviye edici fiberler ...33
3.3.2. Takviye yerleşimi...34
3.3.3. Proses etmenleri ...37
3.4. Ekonomik Etmenler ...37
4. ZIRH TEKNOLOJĐSĐ ve BALĐSTĐK ÖZELLĐKLER...40
4.1. Zırh Teknolojisine Giriş ...40
4.2. Balistik Amaçlı Kompozitler ...42
4.2.1. Kompozit zırh gereksinimi ...42
4.2.2. Zırh nasıl iş yapar? ...47
4.2.3. Kompozit malzemelerin balistik performansı...50
4.2.4. Çok komponentli zırhlar...55
4.2.5. Potansiyel...59 5. DENEYSEL ÇALIŞMA ...60 5.1. Kullanılan Malzemeler ...60 5.1.1. Poliüretan...60 5.1.2. Epoksi...62 5.1.3. Alumina (Al2O3) ...63 5.1.4. Aramid ...67
5.2. Kevlar Plakanın Hazırlanması ...69
5.2.1. Kevlar’ın özellikleri ...69
5.2.2. Vakum infüzyon cihazının genel özellikleri...70
5.2.3. Fiberlere emdirilen reçine ve reçinenin hazırlanması ...70
5.2.4. Vakum infüzyon ile fiberlere reçine emdirilmesi ...71
5.3. Kullanılan Malzemelerin ve Tasarımın Nedenleri...72
5.4. Kompozitlerin Hazırlanması...74
5.4.1. Poliüretan matriksli kompozitin hazırlanması ...74
5.4.2. Epoksi matriksli kompozitin hazırlanması ...78
5.5. Balistik Testler ...85
5.5.1. Poliüretan matriksli kompozite uygulanan balistik test ...85
5.5.2. Epoksi matriksli kompozite uygulanan balistik test...87
6. SONUÇLAR VE ÖNERĐLER...90
KAYNAKLAR ...92
ŞEKĐLLER DĐZĐNĐ
Şekil 2.1: Elle yatırma yönteminin şematik gösterimi [4] ...10
Şekil 2.2: Reçine transfer kalıplama yönteminin şematik gösterimi [4]...11
Şekil 2.3: Pultrüzyon yönteminin şematik gösterimi [7] ...11
Şekil 2.4: Filaman sarma yönteminin şematik gösterimi [4] ...12
Şekil 2.5: Vakum torbalama yönteminin şematik gösterimi [8]...14
Şekil 2.6: Otoklav kalıplama yönteminin şematik gösterimi [9]...15
Şekil 2.7: Reçine film infüzyon yönteminin şematik gösterimi [10]...15
Şekil 2.8: Bir fiber düzeninde boyuna ve enine akışın gösterimi. Çapraz akış oranı, boyuna akış oranının yaklaşık olarak 1/20’sidir [11] ...17
Şekil 2.9: Đdeal ve gerçek kompozitlerde fiber yerleşimi. En pratik sistemlerdeki yapı, tek fiberlerden çok bir paket düzeninden oluşur. Geçirimlilik için kritik konu, paketler arası boşlukların mesafesidir [11] ...18
Şekil 2.10: Fiber paketlerinin makro ve mikro-infiltrasyon prensibi. Mikro-infiltrasyon daha yavaştır, fakat akış yolu çok kısadır böylece Mikro-infiltrasyonu tamamlamak için gerekli zamanın oldukça kısadır [11] ...18
Şekil 2.11: Vakum infüzyonun genel akışı [12] ...22
Şekil 2.12: Vakum infüzyon prosesinin genel teçhizatı [12] ...23
Şekil 2.13: Vakum infüzyon prosesinin genel teçhizatı [12] ...23
Şekil 3.1: Kompozitler için fiber takviyelerinin spesifik mekanik özelliklerinin karşılaştırması [11] ...34
Şekil 3.2: Tek eksenli fiberli kompozitlerin rijitliği için karışım kuralı eşitliğinin gösterimi. Fiberlere dik yönde Reuss eşitliği uygulanırken fiberlere paralel yönde lineer Voigt ilişkisi uygulanır [11] ...35
Şekil 4.1: United Defense CAV-ATD kompozit zırhlı araç [14] ...45
Şekil 4.2: Qinetiq ACAVP – Gelişmiş kompozit zırhlı araç platformu [14] ...46
Şekil 4.3: National Plastics tarafından üretilen S-2 cam fiber esaslı gövde zırhlı Land Rover (CAV-100) [14]...46
Şekil 4.4: Balistik darbe sonrası parçalanma [14] ...47
Şekil 4.5: Bir kompozit plakanın balistik darbesi. (a) Malzemede basma ve kesme kuvvetine neden olan merminin ilk giriş aşaması. (b) Çıkış sırasındaki çekme deformasyonu ve delaminasyon [14] ...51
Şekil 4.6: V50 ile kompozit alansal ağırlık arasındaki ilişki [14] ...52
Şekil 4.7: Aramid takviyeli laminalarda kalınlığın bir fonksiyonu olarak veri bir mermi için başlangıç V50 hızındaki değişimler [14]...53
Şekil 4.8: Sertleştirilmiş fabrik laminaların darbe enerji absorpsiyonu (a) polyester ile, (b) epoksi reçine ile, (c) termoplastik PP matriks laminalar ve (d) termoset matrikslerle geleneksel fabrikler [14] ...55
Şekil 4.9: Kompozit zırhdaki seramik ön plakada oluşan hasarın konik görünümü [14]...56
Şekil 4.10: Balistik darbe sonrasında aluminyum köpük içeren çok komponentli zırh kompozit [14] ...58
Şekil 5.2: Silindirik aluminanın modelleme ile elde edilen görünümü ...66
Şekil 5.3: Silindirik aluminanın modelleme ile elde edilen görünümü ...66
Şekil 5.4: Aramid’in moleküler yapısı [24] ...67
Şekil 5.5: (a) Aramid iplik. (b) Dokumuş Aramid kumaş [25] ...68
Şekil 5.6: Alumina ile takviye edilmiş poliüretan ve epoksi matriksli iki farklı kompozit arkasına yapıştırılan Kevlar plaka ...69
Şeki 5.7: Patenti alınan silindirik seramik malzemenin tasarımı [27] ...73
Şekil 5.8: Đki ucu da dıkşbükey radyuslu silindirik seramik yapı [27] ...74
Şekil 5.9: Kalıba yan yana dizilen silindirik aluminalar ...74
Şekil 5.10: Silindirik aluminalar ve poliüretan reçinenin oluşturduğu kompozit yapı ...75
Şekil 5.11: Alumina takviyeli reçineye Kevlar yapıştırıldıktan sonra yük altında bekletilmesi ...76
Şekil 5.12: Poliüretan test plakasının şematik yapısı ve malzemeleri ...77
Şekil 5.13: Atış yapılan poliüretan plakanın boyutsal gösterimi...77
Şekil 5.14: Silindirik aluminaların kalıba yerleştirilmesi ...78
Şekil 5.15: Silindirik aluminaların kalıba yerleştirilmesi ...79
Şekil 5.16: Reçinenin kalıba dökümü ve kalıbı doldurması...79
Şekil 5.17: Reçinenin kalıba dökümü ve kalıbı doldurması...80
Şekil 5.18: Reçinenin kalıba dökümü ve kalıbı doldurması...80
Şekil 5.19: Reçinenin kalıba dökümü ve kalıbı doldurması...81
Şekil 5.20: Reçinenin kalıba dökümü ve kalıbı doldurması...81
Şekil 5.21: Reçinenin tamamen kalıbı doldurması ...82
Şekil 5.22: Kompozit plakanın kalıptan çıkarıldıktan sonra ön yüzünün görünümü .82 Şekil 5.23: Alumina takviyeli reçineye Kevlar yapıştırıldıktan sonra yük altında bekletilmesi ...83
Şekil 5.24: Epoksi test plakasının şematik yapısı ve malzemeleri ...84
Şekil 5.25: Atış yapılan epoksi plakanın boyutsal gösterimi ...84
Şekil 5.26: 7,62 mm’lik çelik çekirdekli zırh delici mermi ...85
Şekil 5.27: Poliüretan kompozitin 7,62 mm’lik zırh delici mermiyle atış sonrası görünümü ...86
Şekil 5.28: Poliüretan kompozitin 7,62 mm’lik zırh delici mermiyle atış sonrası görünümü ...87
Şekil 5.29: 7,62 mm’lik çelik çekirdekli zırh delici mermi ...88
Şekil 5.30: 7,62 mm’lik çelik çekirdekli zırh delici mermi (solda) ve 7,62 mm’lik kurşun çekirdekli mermi (sağda) ...88
Şekil 5.31: Epoksi matriksli kompozit zırhın atış sonrası görüntüsü ...89
Şekil 5.32: Epoksi matriksli kompozitin delinmesi sonrası Kevlar plakada oluşan delik...89
TABLOLAR DĐZĐNĐ
Tablo 3.1: Farklı takviye formatıyla elde edilen maksimum Vf değerleri [11]...37
Tablo 3.2: Prepregden otoklavda kür edilmiş laminatların karşılaştırması [11] ...38
Tablo 4.1: Zırh kullanım alanları [2] ...43
Tablo 4.2: Đleri zırh malzemelerinin malzeme gruplarına göre dağılımları [2]...44
Tablo 4.3: Đleri zırh malzemelerinin kullanım alanlarına göre dağılımları [2] ...44
Tablo 4.4: Bazı malzemelerin yoğunlukları [2] ...48
Tablo 4.5: Farklı askeri mermi tipleri [14]...49
Tablo 4.6: Takviyenin etkisi [14] ...54
Tablo 4.7: Reçine matriksin ve darbe hızının etkisi [14]...54
Tablo 4.8: Lojistik ve hafif zırhlı araçların koruma seviyeleri [NATO STANDARTLAŞTIRMA ANTLAŞMASI (STANAG 4569)] [14]...57
Tablo 5.1: Kevlar plakaya ait temel özellikler ...70
Tablo 5.2: Kevlar plakanın STANAG 2920’ye balistik özellikleri...70
Tablo 5.3: 7,62 mm çelik çekirdekli merminin kimyasal kompozisyonu...86
SĐMGELER
q : Birim alan başına akış oranı S : Geçirimlilik (permeability)
∆p/∆L : Basınç gradyeni
η : Reçinenin viskozitesi rf : Fiber yarıçapı
Vf : Fiber hacim oranı
k : Kozeny sabiti VL : Boyuna reçine akışı
VT : Çapraz reçine akışı
Ef : Fiber modülü Em : Matriks modülü Co : Yönlenme faktörü ηRF : Rijitlik indeksi C : Maliyet E : Young modülü G : Kayma modülü σ : Mukavemet ρ : Yoğunluk
Vproof : Tam penetrasyonun oluşmadığı hız
V50 : Delinme olasılığının %50 olduğu hız
V1 : Đlk hız E1 : Absorblanan enerji D : Silindir çapı R : Radyus çapı H : Yükseklik Kısaltmalar PTFE : Politetrafloroetilen FEP : Floroetilenpropilen PFA : Perfloroalkoksi CTFE : Klorotrifloroetilen PVDF : Polivinildenflorid ETFE : Etilentetrafloroetilen ECTFE : Etilenklorotrifloroetilen
SBR : Styrene Butadiene Rubber (Stiren Bütadien Kauçuk) IR : Isoprene Rubber (Đzopren Kauçuk)
BR : Butadiene Rubber (Bütadien Kauçuk) CR : Chloroprene Rubber (Klororpren Kauçuk)
NBR : Nitrile Butadiene Rubber (Akrilonitril Bütadien Kauçuk)
HNBR : Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber (Hidrojenize Nitril Bütadien Kauçuk)
IIR : Butyl Isobutylene Isoprene Rubber (Bütil Kauçuk) EPR : Ethylene Propylene Rubber (Etilen Propilen Kauçuk) EPDM : Ethylene Propylene Diene Monomer (Etilen Propilen Dien
Monomer)
MQ : Silicone Rubber (Silikon Kauçuk) PSR : Polysulfide Rubber (Polisülfit Kauçuk)
CSM : Chlorosulphonated Polyethylene Rubber (Klorosülfonatlı Polietilen Kauçuk)
ACM : Acrylic Rubber (Akrilik Kauçuk)
FKM : Fluorocarbon Rubber (Florokarbon Kauçuk) CM : Chloro Polyethylene (Kloro Polietilen)
ECO : Epichlorohydrin Rubber (Epiklorohidrin Kauçuk) AEM : Ethylene Acrylic Rubber (Etilen Akrilik Kauçuk) RTM : Resin Transfer Molding (Reçine Transfer Kalıplama) RFI : Resin Film Infusion (Reçine Film Đnfüzyon)
VIP : Vacuum Infusion Process (Vakum Đnfüzyon Prosesi) PEEK : Poly Ether Ether Ketone (Poli Eter Eter Keton)
SMC : Sheet Moulding Compound (Kalıplama Bileşenli Levha) BMC : Bulk Moulding Compound (Kalıplama Bileşenli Kütle) IM : Intermediate Modulus (Orta Modül)
HT : High Tensile (Yüksek Mukavemet)
HPPE : High Performance Polyethylene (Yüksek Performanslı Polietilen) ACAVP : Advanced Composite Armoured Vehicle Platform
CAV-ATD : Composite Armoured Vehicle Advanced Technology Demonstrator USA : The United States of America (Amerika Birleşik Devletleri)
PE : Polyethylene (Polietilen) PBO : Polybenzoxazole
FSP : Fragment Simulated Projectile (Parça Tesirli Mermi) PP : Polipropilen
NATO : North Atlantic Treaty Organisation (Kuzey Atlantik Đttifakı) STANAG : Standardization Agreement (Standardizasyon Anlaşması) APDS : Armour Piercing Discarding Sabot (Zırh Delici Mermi Gövdesi) AP : Armour Piercing (Zırh Delici)
API : Armour Piercing Incendiary (Zırh Delici Mühimmat) PU : Poliüretan
Al2O3 : Aluminyum Oksit (Alumina)
MEKP : Methyl Ethyl Ketone Peroxide (Metil Etil Keton Peroksit) CoNap : Cobalt Naphthenate (Kobalt Naftanat)
ÖZET
SERAMĐK TAKVĐYELĐ POLĐMER MATRĐKSLĐ KOMPOZĐTLERĐN ÜRETĐMĐ VE BALĐSTĐK ÖZELLĐKLERĐNĐN DEĞERLENDĐRĐLMESĐ
Đnci Özlem GÜNDÜZ
Anahtar kelimeler: Kompozit, zırh, balistik
Özet: Bu çalışmanın amacı, poliüretan esaslı silindirik alumina takviyeli kompozit zırh ile epoksi esaslı silindirik alumina takviyeli kompozit zırhın üretimleri ve balistik özelliklerinin değerlendirilerek bu amaçla kullanılabilirliklerinin araştırılmasıdır. Bu doğrultuda, ilk olarak poliüretan reçine silindirik alumina ile takviye edilmiş ve yapı Kevlar plakayla desteklenerek istenen kompozit elde edilmiştir. Poliüretan kompozite balistik test uygulanmış, hasar sonrası makro incelemeler gerçekleştirilmiştir. Bu incelemelere göre poliüretan esaslı kompozitin balistik test sonrası mermiyi geçirmediği gözlenmiştir. Epoksi esaslı kompozit malzeme ise yerinde tamir edilebilirlik özelliğine sahip zırh malzemesi elde etmek için benzer şekilde hazırlanmış, ancak bu kompozitin mermiyi geçirdiği saptanmıştır. Yapılan çalışmalar poliüretan esaslı silindirik alumina takviyeli kompozitin zırh malzemesi olarak kullanılabileceğini, epoksi esaslı silindirik alumina takviyeli kompozitin ise istenen balistik özellikleri karşılamadığını göstermiştir.
ĐNGĐLĐZCE ÖZET
PRODUCTION AND EVALUATION OF BALLISTIC PERFORMANCE OF CERAMIC REINFORCED POLYMER MATRIX COMPOSITES
Đnci Özlem GÜNDÜZ
Keywords: Composite, armour, ballistic
Abstract: The purpose of this study is to produce polyurethane and epoxy based composites with cylindrical alumina reinforcement and to evaluate their ballistic properties in order to investigate the possibility of using them as armour material. In this context as a first step polyurethane resin is reinforced with cylindrical alumina and the composite is supported by a Kevlar plate to obtain the final structure. Polyurethane composite is then subjected to ballistic tests and macroscopic investigation is carried out after the impact. It is observed that the polyurethane composite has not been penetrated. In the second trial it is aimed to produce a reparable ballistic material and an epoxy based composite is prepared in a similar manner. However the epoxy based composite is penetrated in the ballistic test. These results show that the polyurethane composite reinforced with cylindrical alumina can be used as a ballistic material whereas the epoxy composite reinforced with cylindrical alumina does not meet the ballistic requirements.
1. GĐRĐŞ
Genel anlamda malzemeler dört ana grupta toplanabilirler:
1. Metaller 2. Seramikler 3. Polimerler 4. Kompozitler
Polimerler ve seramik malzemeler metaldışı mühendislik malzemeleridir. Kompozitler ise en az iki malzemenin bileşiminden oluşan ve içeriğindeki malzemelerin üstün özelliklerini bir arada bulunduran gelişmiş bir malzeme grubudur.
Bunun yanında polimerler molekül ağırlığı yüksek olan kompleks organik molekül zincirleridir. Genellikle çok sayıda tekrarlanan “mer” diye adlandırılan basit ünitelerden oluşur. Bunların adlandırılmasında çok sayıda anlamına gelen “poli” kelimesi ile “mer” kelimesi birleştirilir. Tanımın açıklaması en basit polimer olan polietilen üzerinden yapılırsa:
nCH2 = CH2 Po limerizasyon→ (- CH2 – CH2 -)n
Etilen Polietilen
Burada etilen merinin polimerizasyonu ile n tane mer içeren polietilen elde edilmektedir. “n” polimer zincirindeki mer sayısını ifade eden polimerizasyon derecesidir.
Polimerler kimyasal bileşimlerine göre organik ve inorganik polimerler başta olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Organik polimerlerde başta karbon olmak üzere hidrojen, oksijen, azot ve halojen atomları bulunur. Bir atomun polimer ana zinciri üzerinde
bulunabilmesi için en az iki değerlikli olması şarttır. Bu nedenle hidrojen ve halojenler ana zincir üzerinde bulunamazlar. Đkinci şart ise ana zincir üzerinde bulunan atomlar arasındaki bağ enerjisinin yeterli olmasıdır. C-C bağ enerjisi 80 kcal/mol; O-O bağ enerjisi 34 kcal/mol ve N-N bağ enerjisinin 37 kcal/mol olduğu dikkate alınırsa, neden birçok organik polimerde ana zincirin karbon atomlarından oluştuğu anlaşılır. Đnorganik polimerlerde ana zincirde C yerine silisyum (Si), germanyum (Ge), bor (B), fosfor (P) gibi elementler bulunur. Ana zincirde bulunan elementlerin bağ enerjileri organik polimerlerde bulunan elementlerin enerjilerinden daha yüksektir (Örneğin B-O bağ enerjisi 119,3 kcal/mol, Si-O bağ enerjisi 89,3 kcal/mol değerindedir). Bu nedenle organik polimerler daha yaygın olarak kullanılmalarına rağmen inorganik polimerler daha yüksek ısıl ve mekanik mukavemete sahiptirler. Doğal ve sentetik zeolitler, alumina silikat gibi polimerler inorganik polimerlerdir [1].
Polimerler genel olarak üç grupta incelenebilir:
1. Termoplastikler 2. Termosetler 3. Elastomerler
1.1. Termoplastikler
Termoplastikler ısı ve basınç altında yumuşayan, akan ve bu durumda
şekillendirilebilen ve soğutulduklarında sertleşebilen (katı halini alan) polimerlerdir. Ayrıca tekrar ısıtıldıklarında tekrar yumuşar, şekil alır ve soğuduğunda tekrar sertleşebilirler. Bu şekillendirme sırasında hiçbir kimyasal değişikliğe uğramazlar. Bunun yanısıra uygun çözücülerde çözünebilir ve böylece çeşitli yöntemlerle
şekillendirilebilirler.
Genellikle yoğunlaşma polimerizasyonu ile elde edilen termoplastiklerin polimerizasyon işlemi reaktörde tamamlanır. Bu işlemin sonucu olarak yan zincir ya da gruplar içeren uzun zincir molekülleri meydana gelir. Termoplastik grubunu oluşturan en önemli polimerler [1]:
Akrilikler Selülozikler
Fluoroplastikler (PTFE, FEP ve PFA; CTFE; PVDF; ETFE ve ECTFE) Naylon (Poliamid)
Polikarbonatlar Polietereterketon Polieterimid Poliimid
Poliolefinler (Polietilen; Polipropilen) Polistiren
Polivinil Klorür
1.2. Termosetler
Termosetler, ısıyla bir defa istenen şekli alabilen polimerlerdir ve tekrar ısıtılarak
şekillendirilemezler. Ayrıca bu malzemeler çözünmezler. Termosetler polikondenzasyon reaksiyonu ile elde edilirler ve genellikle çaprazbağlı bir yapıya sahiptirler. Bu polimerlerde polimerizasyon işlemi, malzemeyi içeren monomerlerin bir araya getirildiği reaktörde başlar ve kalıplama işlemi sırasında biter. Termosetleri oluşturan en önemli polimerler [1]:
Alkidler
Amino (Melamin, Üre) Epoksi
Fenolikler Polyester Poliüretan
1.3. Elastomerler
1.3.1. Doğal kauçuk
Doğal kauçuk, belirli bitkilerden özellikle Brezilya kauçuk ağacından (Hevea Brasiliensis) elde edilen lateksin pıhtılaştırılmasıyla meydana gelen katı bir üründür. Bu hammadde genellikle Amazon’a özgü olan kauçuk ağacından akıtılır. Ağaç kabuğu kesildiğinde latekse benzer bir salgı sızan birçok türü olduğu halde, sadece birkaçı ekonomik olarak işlenebilir.
Çoklu uygulamaları sayesinde özellikle gelişen otomotiv endüstrisinde kauçuk ağacından sızan lateksten üretilen kauçuk dünya çapında talep gören bir ürün haline gelmiştir. Bu, aynı zamanda ülkenin en yoksul olan ve en az yaşanan kısmı olan Kuzey Breziya’nın hızla gelişmesine neden olmuştur [1].
1.3.2. Sentetik kauçuklar
Đlk ortaya çıktığından beri kauçuk endüstrsinin önemi ve modern medeniyet gelişiminde oynadığı kararlı rol, bu ürünü sentezlemek için kimyasal kompozisyonunun saptanması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır.
Brezilya’daki doğal kauçuk üretiminin ani düşüşü, lastik üretimi amacıyla sürekli teçhizatla düşük maliyetli ürün gereksinimini doğuran I. Dünya Savaşı (1914-1918) ile aynı zamana denk gelir. Japonlar tarafından Asya tarlalarının ele geçirilmesiyle yüklenen baskılar, birçok grubun taleplerine karşılık verebilecek olan kauçuk gelişimini harekete geçirmiştir, fakat yapısı doğal yapısından biraz farklılık göstermiştir. Bu, stiren ve bütadien kopolimerleri olan GR-S, Buna S, Hycar OS ve SBR’dır. Sentetik kauçuk endüstrisi büyük oranda gelişmiştir. Bununla birlikte her ne kadar özellikleri doğal kauçuk kalitesine uymasa da bu ürün kolayca vulkanize edilebilir ve dünya kauçuk endüstrisinin bir sembolü haline gelmiştir. Fakat maliyeti ve temel karakeristikleri onu yenilmez bir rakip haline getirmiştir. Bununla birlikte sentetik kauçuk 1875’den beri biliniyordu, üretimi pahalıydı ve neredeyse hiç üretilmiyordu [1].
Sentetik kauçuk türleri şunlardır: • Stiren-Bütadien Kauçuk (SBR) • Poliizopren (IR) • Polibütadien (BR) • Polikloropren (CR) • Akrilonitril-Bütadien Kauçuk (NBR) • Hidrojenize Nitril Kauçuk (HNBR) • Bütil Kauçuk (IIR)
• Etilen-Propilen Kauçuk (EPR, EPDM) • Silikon Kauçuk (MQ)
• Polisülfit Kauçuk (PSR)
• Klorosülfonatlı Polietilen (CSM) • Poliakrilat Kauçuk (ACM) • Florokarbon Kauçuklar (FKM) • Kloro Polietilen (CM)
• Epiklorohidrin Kauçuk (ECO) • Etilen – Akrilik Kauçuk (AEM)
2. KOMPOZĐT MALZEMELER
2.1. Kompozit Malzemelere Giriş
Đstenen amaç için tek başlarına uygun olmayan farklı iki veya daha fazla malzemenin istenen özellikleri sağlayacak şekilde belirli şartlar ve oranlarda fiziksel olarak, makro yapıda bir araya getirilmesiyle elde edilen malzemelerdir.
Đç yapıları çıplak gözle incelendiğinde (makroskobik muayene) yapı bileşenlerinin seçilip ayırt edilmesi mümkündür. Yapılarında birden fazla sayıda fazın yer aldığı klasik alaşımlar ise makro ölçüde homojen olmalarına rağmen mikro ölçüde (mikroskobik muayene) heterojen malzemelerdir.
Kompozit malzemelerde yapıyı oluşturan bileşenler birbirleri içinde çözünmezler, kimyasal olarak inert davranırlar. Ancak özellikle metalik sistemlerde düşük oranlarda bile olsa bir miktar çözünme, bileşenler arasında kompozit özelliklerini etkileyebilen ara yüzey reaksiyonları gösterebilir.
Kompozit malzemelerde çekirdek olarak kullanılan bir takviye malzemesi bulunmakta, bu malzemenin çevresinde hacimsel olarak çoğunluğu oluşturan bir matriks malzemesi bulunmaktadır. Bu iki malzeme grubundan takviye malzemesi, kompozit malzemenin mukavemet ve yük taşıma özelliğini, matriks malzemesi ise plastik deformasyona geçişte oluşabilecek çatlak ilerlemelerini önleyici rol oynamakta ve kompozit malzemenin kopmasını geciktirmektedir. Matriks olarak kullanılan malzemenin bir amacı da takviye malzemelerini yük altında bir arada tutabilmek ve yükü takviye arasında homojen olarak dağıtmaktır. Böylece takviyede plastik deformasyon gerçekleştiğinde ortaya çıkacak çatlak ilerlemesi olayının önüne geçilmiş olur.
2.2. Kompozit Teknolojisinin Gelişimi
Malzeme bilim ve teknolojileri giderek önem kazanmış ve genel bir ileri teknoloji alanı olarak ekonominin hemen hemen her sektöründe kritik ve stratejik roller oynamaya başlamıştır. Son dönemde savunma teknolojilerindeki olağanüstü gelişimlerin ardında elektronik teknolojisiyle birlikte malzeme bilim ve teknolojilerinin tartışılmaz rolü bulunmaktadır.
Dünya ekonomilerinde göze çarpan tekno-ekonomik dönüşümlere uygun olarak malzeme teknolojilerinde geleneksel anlayıştan ileri teknoloji uygulamalarına doğru ağırlığını her geçen gün daha yoğun hissettiren genel bir dönüşüm yaşanmaktadır.
Đleri malzeme teknolojileri çok-disiplinli (multidisciplinary) ve çok-teknolojili (multitechnological) bir alandır. Metalurji, seramik, makine, fizik, kimya, polimer gibi pek çok bilim ve teknoloji alanlarının katkılarıyla böyle bir bilim ve teknoloji alanı doğmuştur. Bu teknoloji buna bağlı olarak her zaman çok disiplinli ekip çalışması gerektiren, bilgi yoğun, Ar-Ge’ye dayalı, yüksek katma değerde ürünleri hedefleyen bir alandır [2].
Kompozit malzemelerin bilinen en eski ve en geniş kullanım alanı inşaat sektörüdür. Saman ile liflendirilmiş çamurdan yapılan duvarlar ilk kompozit malzeme örneklerindendir. Bugün taş, kum, kireç ve çimento ile oluşturulan kompozit malzeme evlerimizi oluşturmaktadır.
Kompozit malzemeye en güncel örneklerden biri de kağıttır. Selüloz ve reçineden oluşan kağıt, günümüzde yaşamımızın her alanında eşsiz bir kullanım aracı olarak insanlığın hizmetine sunulmuştur.
Günümüzde kompozit malzemelerin kullanım alanı çok geniş boyutlara ulaşmıştır.
Şehircilik, ev aletleri, elektrik ve elektronik sanayi, havacılık sanayi, otomotiv sanayi, iş makinaları, inşaat sektörü, tarım sektörü ve askeri alanlarda kompozit malzemeler farklı amaçlarda kullanım alanları bulmaktadır [3].
2.3. Kompozit Malzemelerin Avantajları ve Dezavantajları
Kompozit malzemelerin birçok özelliklerinin metallere, seramiklere ve polimerlere göre farklılık göstermesi nedeniyle kompozitler önemli bir malzeme grubunu oluşturmuşlardır. Kompozitlerin özgül ağırlıklarının düşük olması, hafif konstrüksiyonlarda kullanımında büyük bir avantaj sağlamaktadır. Bunun yanında fiber takviyeli kompozitlerin korozyon dayanımları, ısı, ses ve elektrik izolasyonu sağlamaları da ilgili kullanım alanları için bir üstünlük sağlamaktadır. Bu malzemelerin avantajlı yönleri aşağıda kısaca ele alınmıştır [3].
Yüksek Mukavemet: Kompozitlerin çekme ve eğme mukavemeti, birçok metalik malzemeye göre çok daha yüksektir. Ayrıca kalıplama özelliklerinden dolayı kompozitlere istenen yönde ve bölgede gerekli mukavemet verilebilir. Böylece malzemeden tasarruf yapılarak daha hafif ve ucuz ürünler elde edilir.
Kolay Şekillendirebilme: Büyük ve kompleks parçalar tek işlemle bir parça halinde kalıplanabilir. Bu da malzeme ve işçilikten kazanç sağlar.
Elektriksel Özellikler: Uygun malzemelerin seçilmesiyle çok üstün elektriksel özelliklere sahip kompozit ürünler elde edilebilir. Bugün büyük enerji nakil hatlarında kompozitler iyi bir iletken ve gerektiğinde de başka bir yapıda iyi bir yalıtkan malzeme olarak kullanılabilirler.
Korozyon ve Kimyasal Etkilere Karşı Mukavemet: Kompozitler; hava etkilerinden, korozyondan ve çoğu kimyasal etkilerden zarar görmezler. Bu özellikleri nedeniyle kompozit malzemeler kimyevi madde tankları, boru ve aspiratörler, tekne ve diğer deniz araçları yapımında güvenle kullanılmaktadır. Özellikle korozyona karşı mukavemetli olması, endüstride birçok alanda avantaj sağlamaktadır.
Isı ve Ateşe Dayanıklılık: Isı iletim katsayısı düşük malzemelerden oluşabilen kompozitlerin ısıya dayanıklılık özelliği, yüksek ısı altında kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır. Bazı özel katkı maddeleri ile kompozitlerin ısıya dayanımı artırılabilir.
Kalıcı Renklendirme: Kompozit malzemeye kalıplama esnasında reçineye ilave edilen pigmentler sayesinde istenen renk verilebilir. Bu işlem ek bir masraf ve işçilik gerektirmez.
Titreşim Sönümlendirme: Kompozit malzemelerde süneklik nedeniyle doğal bir titreşim sönümleme ve şok yutabilme özelliği vardır. Çatlak yürümesi olayı da böylece minimize edilmiş olmaktadır.
Bütün bu olumlu yanlarının dışında kompozit malzemelerin olumsuz yanları da şu
şekilde sıralanabilir:
• Kompozit malzemelerdeki hava zerrecikleri malzemenin yorulma özelliklerini olumsuz etkiler.
• Kompozit malzemeler değişik doğrultularda değişik mekanik özellikler gösterirler.
• Aynı kompozit malzeme için çekme, basma, kesme ve eğilme mukavemet değerleri farklılıklar gösterir.
• Kompozit malzemelerin delik delme, kesme türü operasyonları liflerde açılmaya neden olduğundan bu tür malzemelerde hassas imalattan söz edilemez.
Görüldüğü gibi kompozit malzemeler bazı dezavantajlarına rağmen birçok üstün özelliğe sahip bir malzeme grubudur. Kompozit malzemelerin hala gelişmekte olduğu göz önüne alındığında birçok alanda problemleri çözümleyecek malzemeler olduğu söylenebilir [3].
2.4. Polimer Kompozit Üretim Yöntemleri
2.4.1. Elle yatırma yöntemi
Elle yatırma yöntemi en basit ve en eski kompozit malzeme üretim yöntemidir. Özellikle tekne gövdeleri gibi büyük yapılar için uygun olan ve çalışanın el becerisine bağlı olan bir metotdur. Takviye malzemesi ya da dokunmuş fabrik manuel olarak açık kalıba yerleştirilir ve reçine takviye malzemesi üzerine dökülür.
Laminat yapıyı oluşturmak için bir fırça ya da merdane kullanılır [4]. Oda sıcaklığında kür edilebilen polyesterler ve epoksiler en çok kullanılan matriks reçinelerdir. Dışarıdan herhangi bir ısı etkisi olmadan fiber takviyeli kompoziti sertleştiren reçine sistemindeki katalizör ile kür işlemi başlatılır. Parçanın yüzey kalitesinin yüksek olması için kalıp yüzeyine ilk olarak renkli bir jel katman koyulur.
Şekil 2.1’de elle yatırma yönteminin şematik gösterimi verilmiştir [5].
Şekil 2.1: Elle yatırma yönteminin şematik gösterimi [4] 2.4.2. Reçine transfer kalıplama (RTM)
Bu kompozit üretim yöntemi elle yatırma sistemine göre daha hızlıdır ve iki parçalı kapalı bir kalıp kullanımı gerektirir. Takviye malzemesi önceden kalıp boşluğunu dolduracak şekilde kalıba yerleştirilir ve kalıp kapatılır. Reçine basınç altında kalıba pompalanır. Đçerideki havanın dışarı çıkarılması ve reçinenin takviyeye daha iyi işlemesi için vakum kullanılabilir. Bu yöntemle karmaşık parçalar üretilebilir. Genel olarak kullanılan matriks reçineler polyester, vinil ester, epoksi ve fenoliklerdir. Elle yatırma yöntemine göre avantajları üniform bir kalınlık, iki yüzeyinin de düzgün olması ve düşük emisyondur. Daha düzgün bir yüzey kalitesi için kalıplama öncesinde kalıp yüzeyine jel katman konulabilir. Şekil 2.2’de reçine transfer kalıplama yönteminin şematik gösterimi verilmiştir [4].
Şekil 2.2: Reçine transfer kalıplama yönteminin şematik gösterimi [4] 2.4.3. Pultrüzyon
Pultrüzyon, üniform kesit alanında takviye edilmiş malzemenin sürekli üretim metodudur. Takviye, herbir fiberin iyice ıslanması için sıvı reçine banyosuna yönlendirilir. Malzeme ısıtılmış kalıba ilerlerken reçine jel formuna ve daha sonra da kür edilmiş rijit bir plastiğe döner. Kalıp, fiberlerin emdirilmesini tamamlar, reçine içeriğini kontrol eder ve malzemenin son halinde kür edilmesini sağlar. Bir çekme cihazı kür edilmiş malzemeyi tutar ve kalıptan tamamen çeker. Ürün çekiciden geçtikten sonra istenen uzunlukta kesilir. Pultrüzyon, oldukça ekonomik bir metotdur ve uzun ve üniform şekiller için ideal bir üretim yöntemidir. Şekil 2.3’de pultrüzyon yönteminin şematik gösterimi verilmiştir [6].
2.4.4. Filaman sarma
Filaman sarma prosesi, belirli paternlerde dönen mandrel üzerine reçine emdirilmiş fiberlerin sarılması esasına dayanır. Bu metot üniform yapı ve fiber yerleşimi hususunda yüksek kontrol imkanı sağlar. Islak metotda fiber, düşük viskoziteli bir reçineye daldırılır. Kuru metotda ise takviye ön emdirilmiş formda kullanılır. Takviye sarıldıktan sonra kür işlemi gerçekleştirilir ve kompozit mandrelden çıkarılır. Polyester, vinil ester, epoksi ve fenolikler gibi termoset reçinler filaman sarma yönteminde kullanılan reçinelerdir. Şekil 2.4’de filaman sarma yönteminin
şematik gösterimi verilmiştir [6].
Şekil 2.4: Filaman sarma yönteminin şematik gösterimi [4] 2.4.5. Vakum torbalama
Vakum torbalama üretim tekniğinde esas itibarı ile lifli kompozit kumaş malzeme ile reçinenin elle kalıp içine dağıtılması sürecinden sonra vakum uygulanır Vakum torbalama üretim metodu, klasik olarak uygulanan elle yatırma yöntemi ile kompozit yapı üretimi metodunun dezavantajlarını ortadan kaldırarak daha sağlam ve daha hafif kompozit yapılarının üretilmelerini mümkün kılmaktadır.
Kompozit malzeme üretiminde en önemli iki işlem parametresi basınç ve sıcaklıktır. Sıcaklık uygulaması kullanılan üretim metoduna göre üretim sırasında ya da üretim
sonunda yapılmaktadır. Aslında oda sıcaklığında herhangi bir ısı kaynağı kullanılmadan üretimin yapılması bile sıcaklık uygulaması yapılıyor anlamına gelmektedir. Sıcaklık, reçinenin sertleşmesini ve sertleşen kompozit malzemenin yumuşak hale geçiş derecesinin (camsı geçiş sıcaklığı) artmasına neden olmaktadır. Kompozit malzeme üretiminde basınç uygulaması iki farklı şekilde yapılmaktadır. Pozitif basınç uygulaması ile kompozit katmanlı yapının katlarının birbirleri ile daha iyi yapışması sağlanabilmektedir. Pozitif basınç uygulaması genellikle otoklav gibi sistemler yardımı ile yapılmaktadır. Negatif basınç uygulaması ise, kompozit kumaş ve reçine arasındaki havanın dışarı çekilmesini sağlamakta ve bu sayede hava kabarcıklarından arınmış bir katmanlı yapı imalatı mümkün olmaktadır. Vakum uygulamasıyla fazla reçinenin dışarı çekilerek kompozit yapı içindeki fiber-reçine oranının daha yüksek olması sağlanmaktadır. Ayrıca vakum uygulaması sayesinde reçinenin bütün katmalar içine tam olarak nüfuz etmesi sağlanabilmekte ve bu sayede bütün bölgelerin reçineyle ıslatılmış olması garanti edilebilmektedir. Vakum uygulamasının klasik elle yatırma ve reçine sıvama yöntemine göre sahip olduğu avantajlar ve nedenleri aşağıda sıralanmıştır [8].
•••• Üretilen katmanlı kompozit yapı içinde hava kabarcıklarının neden olduğu boşluklar en aza indirilmekte ve bu sayede çatlak oluşma kaynakları yok edilerek yapının mukavemeti önemli ölçüde artmaktadır.
•••• Vakum uygulaması neticesinde katmanlı yapı içinde kalan fazla reçine emilerek yapının fiber-reçine oranının artması sağlanmaktadır. Kompozit yapılarda yüksek fiber-reçine oranı tercih edilmektedir. Kompozit yapılarda ana güç taşıma elemanı takviyedir. Bu yüzden fiber-reçine oranının yüksek olması istenir. Reçinenin ana görevi takviye malzemesinin birbirleri ile olan yük iletim mekanizmasını oluşturmaktır. Kompozit yapının sağlam bir şekilde işlevini sürdürebilmesi için takviye malzemesinin reçineyle iyice kaplanmış olması gerekir. Ancak, reçine kırılgan bir malzeme olduğundan kompozit yapı içinde reçine oranının yüksek olması bütün yapının daha kırılgan olmasına neden olacaktır. Dolayısıyla fiber-reçine oranının yüksek olması sayesinde bütün kompozit yapının kırılganlığı azalacaktır.
•••• Vakum uygulanması sayesinde reçinenin bütün katmanlar arasında daha iyi yayılması sağlanmakta ve bu sayede daha homojen bir reçine dağılımı elde edilmektedir [8].
Şekil 2.5’de vakum torbalama yönteminin şematik gösterimi verilmektedir. Buna göre şekildeki sistemde vakum torbalama yönteminde kullanılan ana birimler tanıtılmaktadır [8].
Şekil 2.5: Vakum torbalama yönteminin şematik gösterimi [8] 2.4.6. Otoklav kalıplama
Otoklav kalıplama; vakum torbalamanın bir modifikasyonudur. Bu gelişmiş kompozit prosesi yoğun ve boşluksuz kalıplama yapılmasını sağlar, çünkü kür işlemi için yüksek sıcaklık ve basınç kullanılır. Bu üretim yöntemi; uçak, uzay aracı ve füze gibi araçlar için ön emdirilmiş yüksek mukavemetli fiberlerden yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahip parçalar üretmek için uzay ve uçak endüstrisinde oldukça yoğun bir şekilde kullanılır. Otoklavlar, basınç ve sıcaklığın kür çevrimi için gerekli olduğu, kalıpta vakum torbası olan ısıtılmış basınç kaplarıdır. Kür basıncı genellikle 50 ile 100 psi arasındadır ve kür çevrimi genellikle uzun zaman alır. Bu metotta, epoksi gibi yüksek özelliklere sahip yüksek sıcaklık matriks reçineleri kullanılır. Otoklav boyutu, üretilecek parça boyutunu sınırlar. Şekil 2.6’da otoklav kalıplama yönteminin şematik gösterimi verilmiştir [6].
Şekil 2.6: Otoklav kalıplama yönteminin şematik gösterimi [9] 2.4.7. Reçine film infüzyon (RFI)
Reçine film infüzyon prosesinde (Şekil 2.7) kuru takviye katmanları ve yarı-katı reçine film katmanları sırayla yığılırlar. Ya da bazı durumlarda dipte ya da takviye katmaları arasında daha kalın reçine plakası yer alır. Ortama vakum uygulanır ve ısı ve basınç sonrasında reçine eriyerek kuru takviye katmanlarını ıslatmaya başlar. Bu tekniğin avantajı, yüksek yoğunluğa sahip fiber hacimlerinin elde edilebilmesidir. [10].
Đnfiltrasyon:
Birçok durumda fiberler, paralel fiber iplikler formunda sürekli filaman paketleri olarak üretilirler. Matriks reçineyle takviyeyi iyi bir şekilde infiltre etmek için prosesin bazı aşamalarında bazı gereksinimler vardır. Bunun için reçine akıcı konumda olmalıdır. Kuru fiber düzeni, poröz bir ortam olarak düşünülebilir.
Đnfiltrasyon oranı, tek yönde akış için, Darcy ilişkisiyle tanımlanabilir ve şu şekilde ifade edilir [11]: L p S q ∆ ∆ = . . η (2.1)
Burada q, birim alan başına akış oranı; S, geçirimlilik (permeability); ∆p/∆L, basınç gradyeni ve η ise reçinenin viskozitesidir. Geçirimlilik, fiber yerleşimiyle direkt olarak belirlenebilirken ve takviyenin bir özelliği iken viskozite, reçinenin bir özelliğidir. Bu; fiber yarıçapının, fiber oranının ve akış yolunun dolambaçlı olmasının bir ölçüsü olan Kozeny sabiti k geometrik faktörünün bir fonksiyonudur. Kozeny – Carman ilişkisi, proses ile ilgili bilgi veren uniform fiber düzeni için hemen hemen aynı ilişkidir.
(
)
2 3 2 . 4 1 f f f V k V r S = − (2.2)Fiber yarıçapının azalmasıyla ve fiber hacim oranının artmasıyla geçirimliliğin net bir şekilde azaldığı görülebilir. Kozeny sabiti arttığında geçirimlilik düşer. Tek eksenli düzene boyuna reçine akış oranı, çaprz reçine akışından yaklaşık olarak 20 kat daha yüksektir. Bu, şematik olarak Şekil 2.8’de gösterilmiştir. Bu, yüksek Vf
değerine sahip tek eksenli kompozitler için çok düşük infiltrasyon oranı olduğunu gösterir. Bununla birlikte gerçek kompozitler nadiren ideal tek eksenli fiber düzenine yaklaşır. Aslında anahtar özellik fiber kümelerinin paketlenmesidir. Şekil 2.9’da tek eksenli bir düzenin şematik bir kesit alanı gösterilmiştir. Gerçek kompozit, tek eksenli paketlenen ipliklerden oluşur ve iplikler arasındaki bu boşluklar geçirimliliği belirler. Đpliklerin genellikle fiber çapının 20-100 katı olduğu unutulmamalıdır ve
benzer Vf ile varsayıma dayanan üniform fiber düzeninin 400-10000 katı olan
makroskobik geçirimliliği anlamaya yol açar. Şekil 2.10’da gösterildiği gibi iplik içindeki fiberlerin yavaşça dikine mikro-emdirilmesiyle oluşan iplikler arası boşlukların daha sonra hızlıca makro-emdirilmesi söz konusudur. Bununla birlikte emdirme için toplam sürenin oldukça kısa olabilmesi için mikro-emdirme için toplam mesafe iplik çapının (tipik olarak < 1 mm) yarısıdır. Bu ayrıca fiberler arası porozitelere reçinenin kapilar akışıyla desteklenir. Bu nedenle takviye yerleşimi, infiltrasyonun kontrolü ve proses edilebilmenin artması anlamında kullanılabilir. Küçük iplikler arası (interyarn) boşlukları olan sıkı bir dokumanın infiltrasyonu zorken açık bir matın ya da dokumanın infiltrasyonu hızlıdır. Küçük boşlularla zayıf paketlenme yerine büyük iplikler arası boşluklarla paketlenen iplik düzeninin gerektirdiği Vf değerine ulaşmak daha iyidir [11].
Şekil 2.8: Bir fiber düzeninde boyuna ve enine akışın gösterimi. Çapraz akış oranı, boyuna akış oranının yaklaşık olarak 1/20’sidir [11]
Şekil 2.9: Đdeal ve gerçek kompozitlerde fiber yerleşimi. En pratik sistemlerdeki yapı, tek fiberlerden çok bir paket düzeninden oluşur. Geçirimlilik için kritik konu, paketler arası
boşlukların mesafesidir [11]
Şekil 2.10: Fiber paketlerinin makro ve mikro-infiltrasyon prensibi. Mikro-infiltrasyon daha yavaştır, fakat akış yolu çok kısadır böylece infiltrasyonu tamamlamak için gerekli zamanın
2.4.8. Vakum infüzyon
Vakum infüzyon prosesi (VIP), bir katmana reçine emdirmek için vakum kullanılan bir tekniktir. Malzemeler kalıba aktarılır ve vakum, reçine girmeden önce uygulanır. Önce tamamen vakum alınır, kontrollü bir boruyla reçine tamamıyla katman içine emdirilir. Bu proses, malzeme ve bir çeşit teçhizatla desteklenir.
Tipik bir elle yatırma yönteminde takviyeler bir kalıp içine yatırılır ve manuel olarak fırça, merdane kullanılarak ıslatılır. VIP metodunun iyi bir yönü, katmandan reçinenin fazla miktarını emmek için bir vakum torbası kullanılmasıdır. Vakum torbalama fiber-reçine oranını oldukça geliştirir ve daha güçlü ve daha hafif bir ürün ile sonuçlanmasını sağlar [12].
2.4.8.1. Vakum infüzyonun avantajları
Vakum infüzyon geleneksel vakum torbalama yöntemlerine göre bazı üstünlükler sağlar. Bunlar [12]:
• Daha iyi fiber-reçine oranı • Daha az reçine kaybı
• Oldukça uyumlu reçine kullanımı • Sınırlandırılmamış set-up süresi • Daha temiz olması
VIP, vakum torbalama yönteminden daha iyi fiber-reçine oranı sunar. Vakum torbalama, elle yatırma yönteminden kesinlikle daha gelişmiş olmakla birlikte yine de elle yatırma gerekliliği vardır. Bu nedenle tabakalama daima aşırı doymuş durumda başlar. Vakum basıncı reçinenin fazlasını ortadan kaldırır, fakat ortadan kalkan miktar; takviye, reçine, zaman faktörü ve diğer değişkenlerin çeşidine bağlıdır [12].
Vakum infüzyon, vakumun malzemeler kuru iken alınması gibi değişik bir yaklaşım sergiler. Bu noktada reçine vakum basıncı kullanılarak katılır (infüze edilir,
emdirilir). Fazla miktarla başlamak ve reçineyi çıkarmak yerine VIP hiç reçine katılmadan (sıfır reçineyle) başlar ve reçineyi içeri iter. Đdeal olarak içeri giren reçine neticede vakum hattı dışına emdirilir. Sonuç olarak sadece minimum miktarda reçine girer. Bu; ağırlığı azaltır, mukavemeti artırır ve fiber ile reçine özelliklerini maksimize eder [12].
VIP’nin doğasından dolayı reçine kullanımı önceden belirlidir. Standart bir yatırma yöntemi, insan değişimine bağlı olarak reçine içeriğinde farklılık gösterirken VIP oldukça tutarlıdır. Büyük boyutlarda bir ürün üretiminde bile tekrarlanan çalışmalar sayesinde reçine kullanım miktarı hakkında bir fikir sahibi olunabilir. Bu, daha az reçine kaybı anlamına gelir ve ekonomiklik açıdan avantaj sağlar [12].
Vakum infüzyonun sağladığı diğer bir değerli avantaj ise zamandır. Vakum torbalamadan kaynaklanan sık görülen bir problem zaman faktörüdür. Bazı reçineler 2 saatten fazla kullanım ömrü sunduğu halde birçok reçine yaklaşık 30 dakikalık bir kullanım ömrüne sahiptir. Bu zaman sınırı vakum torbalama uygulamalarında son derece kritiktir. Büyük parça üretimlerinde proses birkaç saat sürebilir. Küçük, görünüşte basit parça uygulamalarının oldukça kısa bir sürede tamamlanması beklenirken vakum contasında istenmeyen bir sızıntı bulunması durumunda işlem süresi oldukça uzayabilir [12].
Bununla birlikte vakum infüzyon sınırlandırılmamış set-up süresi sunar. Çünkü vakum, takviyeler kuru iken uygulanır. Vakum alma uygulandıktan sonra varsa sızıntılar büyük bir dikkatle aranıp bulunmalıdır. Eğer ters giden bir şeyler varsa vakum tamamen serbest bırakılır ve tekrar vakum alınır. Bu proseste ortama reçine emdirilene kadar herhangi bir zaman sınırlamasından bahsedilmez ve bu ana kadar değişiklikler tekrar ve tekrar yapılabilir [12].
Son olarak vakum infüzyonun daha temiz bir proses olduğundan bahsedilebilir. Fırça ve merdane kullanılmadığından sıçrama ya da çamurlanma olmaz. Ayrıca daha az reçine buharı vardır. Đyi havalandırılmış bir ortamda çalışmak, bir gaz maskesi kullanmak ve diğer uygun güvenlik malzemelerini kullanmak önemlidir. Böylece VIP daha temiz, daha güvenli ve daha çevre dostu bir proses imkanı sağlar [12].
2.4.8.2. Potansiyel dezavantajları
Herhangi bir yatırma prosesinde olduğu gibi VIP’in de dezavanajları vardır. Đlk kez infüzyon gerçekleştirilirken şu hususları hatırlamak gerekir:
• Karmaşık set-up
• Parçanın kolay bir şekilde bozulabilmesi • Hata olasılığı
Set-up zaman sınırlamasız olduğu halde biraz da karmaşıktır. Vakum torbalama sadece vakum borusunun bulunmasını gerektirir. Vakum infüzyon ise sadece vakum tüplerini değil bu tüplerin haznelerinden başka reçine girişlerini de gerektirir. Bu vakum ve reçine hatlarının yerleşimi parçadan parçaya değişir ve bunları kurmak kolay değildir. Bu işlemler öncelikli olarak değerlendirilmeli ve uygun bir kurulum gerçekleştirilmelidir, aksi takdirde parçanın bozulması söz konusudur.
Bu olay başka bir tehlikeye yol açar, bir parçayı yok etmek çok kolaydır. Tipik olarak ilk önce infüzyon başlar, herhangi bir hata durumunda bunu düzeltmek için yapılabilecek çok fazla şey yoktur. Örneğin eğer bir sızıntı ortaya çıkarsa, çok az miktarda hava girişi olsa bile, bu olay üretilen parçanın tamamen bozulmasına neden olabilir. Bu muhtemelen reçine birikimine yol açar, doymamışlığa ve hatta tamamen reçine akışının durmasına yol açabilir. Problemlerin bazıları düzeltilebilecek durumlar olsa da yine de problemle karşılaşılmak istenmez. Tehlikeden korunmanın en iyi yolu dikkatli planlamadır.
Hatanın kolay oluşabilmesi ve karmaşıklıktan dolayı VIP sıkıntılı bir proses olarak görülebilir. Vakum infüzyon ilk kez yapıldığında göz önünde bulundurulması gereken konu, doğru bir parça elde etmeden önce birkaç parçanın hatalı olabileceğidir. Đşin püf noktası her denemeden bir şeyler öğrenmek yoluyla her çalışmayı dikkatlice belgelemektir. Reçine akış oranları kaydedilerek araştırılmalıdır. Reçinenin nerede ağır aktığı belirlenmeli ve düzeltmek için bir yol bulunmalıdır. En küçük değişiklikler bile oldukça farklı sonuçlar getirebilir. Tam anlamıyla büyük bir projeye kalkışmadan önce küçük miktarlarla ve ucuz malzemelerle deneme
yapılmalıdır. En önemli tecrübe hatalardan öğrenilenlerdir. Bu özellikle çoklu vakum ve reçine hatları gerektiren büyük projelerle çalışılırken görülen durumdur. Bir üretim ortamında test ve hazırlık için en azından 6 aylık bir zamanın ayrılması önerilir [12].
2.4.8.3. VIP Set-Up ve teçhizat
Đnfüzyon prosesiyle bir çalışmaya hazırlanırken malzemelerin nasıl kullanıldığı ve karar verildiği hakkında bazı genel kavramları anlamak önemlidir. Her projenin kendine özgü olduğu unutulmamalıdır.
Đlk olarak vakum infüzyonu kapsayan olayların genel akışı (sırası) Şekil 2.11’de gösterilmiştir [12]:
Şekil 2.11: Vakum infüzyonun genel akışı [12]
Burada kalıp içindeki bir laminata katılan reçine kavramıyla ve genel set-up kavramı üzerinde odaklanılmalıdır. Şekil 2.12’de ve Şekil 2.13’de vakum infüzyon prosesinin genel olarak teçhizatı gösterilmiştir [12].
Şekil 2.12: Vakum infüzyon prosesinin genel teçhizatı [12]
Şekil 2.13: Vakum infüzyon prosesinin genel teçhizatı [12]
Hangi malzemelerin kullanıldığı ve onların kullanımıyla ilgili nasıl bir yol izlendiği adım adım şu şekilde izlenebilir [12]:
1. Adım: Kalıp
• Kalıp hazırlanır.
• Takviye malzemesi seçilir.
• Akış ortamı ve/veya iç malzeme seçilir. 2. Adım: Reçine ve Vakum Hatları
• Reçine besleme hattı seçilir. • Vakum hattı seçilir.
3. Adım: Vakum Haznesi
• Vakum haznesi oluşturulur.
• Giren vakumdan reçine geçmemesi sağlanır. 4. Adım: Vakum Pompası
• Pompa bağlanır.
• Uygun vakum temin edilir. 5. Adım: Đnfüzyon Đçin Hazırlık
• Reçine seçilir.
• Reçine haznesinin kurulumu yapılır. 6. Adım: Reçine Đnfüzyonu
• Reçinenin katalizi ve infüzyona başlama gerçekleştirilir. • Reçine hattı açılır.
7. Adım: Deneme ve Gelişim Đçin Test
• Vakum infüzyon için yardımcı teçhizat sağlanır. • Set-up içindeki belirli değişiklikler yapılır. 2.4.8.4. Kalıp hazırlanması
Herhangi bir tabakalama prosesinde olduğu gibi vakum infüzyon için de kaliteli bir kalıp gereklidir. Kalıp rijit olmalıdır ve iyi bir cam cilasına sahip olmalıdır. Đdeal olarak bu kalıp sızdırmaz dolgu macunu ve spiral tüp yerleşimi için kullanılan en az 15 cm çıkıntıya sahiptir. Kalıp uygun bir şekilde temizlendikten sonra kullanıma hazır kabul edilir [12].
2.4.8.5. Takviye malzemesinin seçimi
Herhangi bir tabakalama prosesi için takviye seçimi önemli bir karardır, fakat infüzyon için takviye seçilirken daha fazla düşünmek gerekir. Potansiyel olarak bütün fabrikler infüze edilirken farklı malzemeler ve dokuma stilleri, reçine akış oranını büyük ölçüde değiştirir. Özel durumlar için değişse bile malzeme seçimi için bazı genel kurallar şu şekilde verilebilir:
Fiberglass, vakum infüzyonda en sık kullanılan takviye malzemesidir. Birçok fiberglass fabrik, reçinenin kolay akmasını sağlayan yüksek geçirgenlik sunar. Genellikle, gevşek dokumalar daha iyi infüzyon şansı verir.
Dokunmamış bir kumaş kullanıldığında sürekli iplikli kumaş (continuous strand mat), kesikli iplikten (chopped strand) daha iyi infüzyon gösterir. Örülmüş fabrikler konstrüksiyonlarından dolayı infüzyon için daha fazla kullanılırlar.
Karbon Fiber (Grafit) ve Kevlar takviyeleri infüzyonu daha yavaş bir hale getirseler de vakum infüzyonda kullanılabilirler. Bunu gidermek amacıyla infüzyon oranını artırmak ve vinil ester ile epoksi reçineleri kullanılarak başarılı ürünler oluşturmak için ilave akış ortamları bulunmuştur.
Oldukça kompleks şekilli bir kalıp ile çalışılırken kuru takviye malzemesi kolayca düz bir şekilde durmaz. Kalıp yüzeyi üzerine ince bir katman yapışkan (adhesive) püskürtülür ve takviye yatırılır. Bu; malzemeleri ortamda tutmak için yeterli derecede bir yapışma sağlar. Uygun bir şekilde kullanıldığında bu malzemeler, reçine infüzyonu ya da kür prosesine engel olmaz [12].
2.4.8.6. Akış ortamı ve/veya iç malzeme seçimi
2.4.8.6.1. Akış ortamı (Reçine yayılma ağı)
Vakum infüzyon için çok önemli bir kavram akış ortamıdır yani reçine yayılma ağıdır. VIP’de reçine, sabit bir noktadaki (ya da noktalardaki) tabakaya girer ve yönlendirilmelidir. Reçine daima en düşük mukavemetli yolda gider. Maalesef birçok takviye elemanı reçine akışının önüne geçebilen büyük miktarda direnç gösterebilir. Reçine akışına yardım etmek reçine yayılma ağının görevidir.
Reçine yayılma ağı olmadan bir takviye elemanına reçine emdirmek mümkün olduğu halde bu nadiren başarılı olur. Reçine yayılma ağı tipik olarak, reçine için akıcı kolay bir yol sağlamak amacıyla takviye katmanları arasında tek bir katman olarak bulunur [12].
2.4.8.6.2. Reçine besleme hatlarının seçimi ve kurulması
Reçine, devamlı bir kaynaktan (genellikle bir hazneden) beslenir. Reçineyi tabakaya ileten hat, torba kapanmadan önce kurulmalıdır [12].
2.4.8.6.3. Vakum hatlarının seçimi ve kurulması
Geleneksel vakum torbalamada bir hava deliği tipik olarak, fazla reçineyi absorbe etmek için ve katman boyunca vakum vermek için kullanılır. Hava deliği genellikle reçine infüzyonunda kullanılmaz.
Onun yerine VIP’de vakum hatları kapalı hazne içinde uzatılır. Spiral boru, bu amaç için idealdir. Tamamıyla bir infüzyon meydana getirmek amacıyla reçine, laminatın bütün köşelerine ulaştırılmalıdır. Çünkü standart set-up laminatın merkezine aktarılır, spiral boru genellikle çıkıntılı kenar (flanş) etrafında yer alır.
Spiral boru kullanılırken düzleşmesi ya da istenilen yerde durmaması gibi bir eğilimi vardır. Bunu gidermenin en basit yolu sızdırmazlık sağlayıcı dolgu şeridinde küçük parçalar kullanmaktır. Dolgu, spiral boruya takılır (yapıştırılır) ve daha sonra kalıba yapıştırılır [12].
2.4.8.6.4. Vakum haznesinin oluşturulması
Đlk önce kuru malzemeler ortamdayken, vakum haznesi oluşturulmaya başlanır. Hazne sızdırmaz olmalıdır, bunun yanında proses açısından birçok konu göz önünde bulundurulmalıdır. Çok büyük ya da çok küçük hazne, reçine birikimi ya da yanlış infüzyona neden olabilir.
Önce haznenin kendisi kurulur, reçine ve vakum hatları için boruya bağlanır. Bu tüpler için hazneye doğru kesikler açılırken çok dikkatli olunmalıdır. Çatlak oluşturan bağlantılar genellikle bunlardır.
Pompa açılmadan önce reçine hattını gevşetmek önemlidir. Çünkü, reçine girişinden önce vakum alınır; reçine tüpü, doldurulması (tıkanması) gereken geçici bir çatlak olarak hareket eder. Onu yerinde tutmak için tüpü katlayarak ve bir regulatör bağlayarak basitçe bu hat kontrol altına alınır.
Vakum girişinden reçine girişinin engellenmesi göz önünde bulundurulmalıdır [12].
2.4.8.6.5. Reçine kapanı
Teçhizatın anahtar parçası reçine kapanıdır. Bir reçine kapanı, vakum pompasına girip zarar vermeden önce herhangi bir reçine fazlasını yakalamak için lamina ve pompa arasındaki vakum boru devresi içinde yer alan hava sızdırmaz kaptır. Uygun
bir şekilde kurulduğunda vakum borulama laminat dışına geçer ve direkt olarak reçine kapanı ile birleşir. Bir ayırıcı tüp daha sonra reçine kapanından ayrılır ve vakum pompası ile birleşir.
Bir reçine kapanıyla havanın hala pompaya geri akmasına izin verilirken bütün reçine fazlası kapanda toplanabilir. Eğer parça büyük ve önemli ise vakum hattına reçine akışı istenir, herhangi bir sayıda reçine kapanı art arda yer alabilir. Bir tanesi dolar dolmaz reçine taşar ve bir sonrakine geçer.
Not: Bir reçine kapanı kullanmadan önce sertleşen reçinenin kolayca kaldırılmasını sağlamak için serbest wax kalıbıyla tankın içi waxlanır [12].
2.4.8.6.6. Vakum pompanın bağlanması
Bütün bileşenlerin hazırlanması sonucu sistem kurulumu tamanmlandığında vakum pompasını bağlama zamanı gelmiştir. Çünkü reçine vakum basıncıyla infüze edilir; burada güçlü bir pompaya sahip olmak oldukça önemlidir. Genel olarak güçlü bir pompa infüzyonu kolaylaştırmaya yardım edebilir [12].
2.4.8.6.7. Uygun vakumun sağlanması
Pompa bağlandıktan sonra vakum alınır. Herhangi bir vakum alma uygulamasındaki gibi çatlaklar en büyük problem olarak görülür. Hatta en küçük çatlak bile performansı büyük ölçüde engelleyebilir ya da parçanın tamamen bozulmasına ve kullanılmaz hale gelmesine neden olabilir. Çünkü VIP’de keşfedilmesi imkansız gibi görünen küçük çatlaklar var olabilir ve bu çatlakları bulmak çok uzun zaman ve büyük çaba gerektirir [12].
2.4.8.6.8. Reçine seçimi
VIP’de diğer bir önemli olay reçine seçimidir. Özel bir “infüzyon reçinesi” gerektiği gibi genel bir yanlış anlama vardır. Bir karar verirken göz önüne alınması gereken bazı genel kılavuzlar olduğu halde aslında herhangi bir reçine, infüzyon için
kullanılabilir. Göz önüne alınması gereken önemli bir bilgi reçine viskozitesidir. Genel olarak düşük viskoziteli reçine, takviyeye daha iyi nüfuz etmesine olanak sağladığı için infüzyona yardım eder. Bu, yüksek viskoziteli reçinelerin kullanılmayacağı anlamına gelmez, fakat daha dikkatli planlama, daha fazla reçine hattı gerektirebilirler.
Vinil ester, vakum infüzyon için en çok kullanılan reçinedir. Yaklaşık 275 centepoise viskozitedeki vinil ester, bu proses için oldukça uygundur. Aslında satıcılar tarafından genellikle “infüzyon reçinesi” olarak adlandırılan reçine ile aynı reçinedir. Polyester reçineler yaklaşık olarak 475 centepoise değerinde bir viskozite sağlarlar ve kolay infüze edilirler.
Epoksi, daha sert seçimlere bağlı olarak 900-975 centepoise değerinde viskozite verirler ve bu nedenle infüzyonun biraz daha yavaş olmasına yol açarlar. Bununla birlikte bunun bir engel olmasına izin verilmemelidir. Epoksi ve çeşitli takviyelerin kullanımıyla başarılı bir şekilde yüksek kaliteli VIP parçaları üretilmiştir. Çünkü bu reçine daha uzun bir kullanım ömrüne sahiptir, yavaş infüzyon süreleri her zaman bir problem değildir. Set-up işlemi, daha fazla besleme hattı ve ek bir akış ortamı içerir [12].
2.4.8.6.9. Reçine piston kurulumu
Reçine transferinde fırça ve silindir kullanılmadığı için başka gereçlere ihtiyaç duyulur. Bunlar; pistonun kendisini, bir reçine hattı tutucuyu, sıkıştırma şeritlerini ve bir yay bağlantısını kapsar. Reçine hattı tutucu aslında, sıkıştırma şeritleri vasıtasıyla reçine tüpüne bağlanan rijit bir malzemedir. Bağlandığında reçine tüpünün düz bir hatta sabit kalmasını sağlar. Bu, tüpün doğal burulma ve kıvrılma eğilimini ortadan kaldırır. Aksi takdirde tüp, reçine akışını engelleyerek piston tabanına kendini sabitler. Tutucuya bağlandığında hat, pistona birleştirilir. Sonuçta ortaya çıkan montaj, reçine hattının tam olarak olması gerektiği yerde kalmasını sağlar [12].
2.4.8.6.10. Reçinenin katalizi ve infüzyonu
Herşey hazırlandığı zaman reçine karıştırılır. Reçine haznesinin sabit olduğu ve böylece tüpün haznede tutulduğu iki kere kontrol edilmelidir. Bu kontroller uygunsa reçine girişini açmak için tüpün katlandığı noktadaki akış regulatörü çıkarılır. Reçine hızla tüpe ve laminaya doğru emdirilir.
Reçine laminaya ulaştığında reçine besleme hattı hızla dolar. Dolduğu zaman reçine, takviye içinden dışarıya doğru genişlemeye başlar. Đnfüzyon oranı birçok değişkene bağlıdır fakat reçine görünür şekilde hareket ediyor olmalıdır. Bütün lamina doymuş hale gelene kadar bu işlem devam ettirilmelidir [12].
2.4.8.6.11. Reçine hattının kapanması
Lamina tamamen ıslatıldığı zaman daha fazla reçine girişine gerek yoktur. Haznede kuru bir şekilde emdirilme yapılırsa zararlı hava kabarcıkları oluşabilir. Bunu önlemek için ihtiyaç duyulmadığı zaman reçine hattı kapanmalıdır. Bu işlem gerçekleştirilirken dikkatli davranılmalıdır, yeni bir sızıntı oluşturabilecek kuvvet uygulanmaması çok önemlidir.
Reçine hattı kapandığında infüzyon tamamlanır. Bununla birlikte henüz vakum pompasını kapatma zamanı gelmemiştir. Reçine yeterli derecede jelleşene kadar sabit vakum basıncını korumak için pompa açık tutulur. Aksi takdirde hava girişi erken gerçekleşebilir [12].
2.4.8.7. Vakum infüzyon için yardımcı gereçler
Herhangi bir laminasyon metodunda VIP için önemli avantajlar sağlayan bazı gereçler vardır. Bu parçalar zaman kazandırır ve diğer çalışmalar için yararlı verileri bir araya getirmeye yardımcı olur [12].
2.4.8.7.1. Termal tabanca
Đnfüzyon sırasında yararlı bilgilerden biri reçine sıcaklığıdır. Sıcaklık; reçinenin küre başladığını, laminatın ekzoterm pik verdiğini ve laminatın oda sıcaklığına geri döndüğünü görmemizi sağlar.
Sıcaklığı belirlemek için termal tabanca kullanılabilir. Bu basit cihaz hemen sıcaklığı okuyarak bilgi verir [12].
2.4.8.7.2. Kronometre ve işaretleyici
Đnfüzyon sırasında ve özellikle VIP ile uygulama yapıldığında reçine akış oranını ve reçine akış yolunu gözlemek yararlı olabilir. Bu, basit bir kronometre ve işaretleyici ile kolaylıkla yapılabilir. Reçinenin laminaya ilk girişinde kronometre başlatılır. Düzenli aralıklarla reçinenin nerede olduğu torbada işaretlenir. Bu bilgi özellikle, set-up’daki küçük değişikliklerin önemli etkilerini saptadığından diğer infüzyon denemeleri için yardımcı niteliktedir.
Hangi malzeme seçimi olursa olsun unutulmaması gereken birkaç önemli konu vardır [12]:
• Đnfüzyon devam ederken reçinenin vakum hattına girebilme olasılığı varsa kalıp ile vakum pompası arasındaki vakum hattında bir reçine kapanı olduğundan emin olunmalıdır.
• Reçine yayılma ağı, spiral tüp ve peel ply (kabuk katman) gibi gereçler proseste yer almalıdır.
3. POLĐMER ESASLI KOMPOZĐT MALZEMELER
3.1. 2000’li Yıllarda Polimer Kompozitler
Polimer matriksli kompozitler, termoset ya da termoplastik polimer matrikslerle rijit ve güçlü takviye fiberlerin kombinasyonundan oluşur. 1940’ların başında ortaya çıkmalarıyla dünya pazar payı giderek artmıştır. Kompozitlerin performansı fiber özellikleriyle, kompozitteki fiber oranıyla ya da fiberlerin yerleşimiyle belirlenir. Çalışma gereksinimleri için biçimlendirilen mekanik özelliklerle kompozitlerin üretilmesine imkan sağlayan fiber yerleşmini kontrol eden ve fiber içeriğini maksimize eden proses teknolojileri geliştirilmiştir. Birçok kompozit, metallerin üzerinde spesifik rijitlik ve/veya spesifik mukavemette önemli avantajlar sunar. Bu avantajlar kompozitleri yüksek mekanik performansın ve minimum ağırlığın önemli olduğu uygulamalarda cazip hale getirir. Bununla birlikte kompozitlerin geniş bir alanda kabul edilmeleri, uygun maliyetli alternatif sunma yeteneklerine bağlıdır. Kompozitler bazı durumlarda önemli üretim avantajları ve büyük bir ekonomiyi işaret eden birçok uygulamada önemli ölçüde azalma sağlarlar.
Mühendislik kompozitleri ilk olarak mukavemetli sürekli filaman cam fiber ve doymamış polyester reçinenin elde edildiği 1940’ların başlarında kullanılmıştır. Dünya çapında polimer matriksli kompozitlerin yıllık üretimi 2000 yılında yaklaşık olarak 5 milyon tondur ve farklı fiberlerle ve bazı partiküllerle takviye edilen malzemelerden oluşurlar. Kompozitler; yüksek oranda yapısal etkinlik, tasarımda özgürlük ve bazı proses avantajları sundukları için kullanılırlar. Malzeme ve proses maliyetleri metalik yapılar için olandan genellikle daha yüksek olduğu halde kompozitler parçaların sağlamlığı açısından ekonomiklik sağlarlar.
Günümüzde birçok polimer matriksli kompozit kullanılmaktadır. Matriksler genellikle, sıvı durumda kür edilen termoset reçine ya da ergime-donma çevriminde işlenen termoplastiklerdir. Cam fiberler en çok kullanılan takviyedir (doymamış
