Kompozit Malzemeler. Üretim yöntemleri

Transkript

1 Kompozit Malzemeler Üretim yöntemleri

2 Proses Seçim Stratejisi Bir işleme yöntemi seçerken : Özel parça yaparken, birçok tasarım faktörü süreci etkiliyor Seçim: - Geometrik sorunlar - Parça şekli - Pürüzlülük - Tolerans - Parça ölçüsü - Malzeme faktörleri - Üretim faktörleri - Üretim hızı - Üretim Hacmi - Pazarlama Süresi

3 Üretim prosesleri

4 Tipik elyaf örgülü taslaklar Kalıbı doldurma zamanı Reçine seçimi Viskozite Proses secimi Kalıp material seçimi Kalıptan çıkarma süresi

5 Termoset kompozitler Avantajları 1. termoset kompozitlerinin işlenmesi daha kolaydır. Ham reçine sıvı haldedir, 2. Elyaflar termoset ile ıslanması kolaydır, bu nedenle boşluklar ve gözeneklilikler daha azdır. 3. Isı ve basınç gereksinimleri termoplastik kompozitlerin termoplastik kompozitlerden daha az işlenmesinde daha az enerji tasarrufu sağlamaktadır. 4. Basit ve düşük maliyetli takım sistemi, termoset kompozitlerini işlemek için kullanılabilir. Dezavantajları 1. Termoset kompozit işlemesi uzun bir kür süresine ihtiyaç duyar ve bu nedenle termoplastiklerden daha düşük üretim hızlarına neden olur. 2. Sertleştikten ve katılaştıktan sonra, termoset kompozit parçalar başka şekiller elde etmek için reforma tabi tutulamazlar. 3. Termoset kompozitlerinin geri dönüşümü bir problem olarak devam etmektedir.

6 Termoplastik kompozitler Avantajlar İşlem döngüsü süresi genellikle çok kısadır Yeniden şekillendirilebilir ve ıslah edilebilir (ısı ve basınç) Termoplastik kompozitlerin geri dönüşümü kolaydır Dezavantajlar Termoplastik kompozitler işleme için ağır ve güçlü takım gerektirir. Termoplastik kompozit imalat proseslerinde alet takımının maliyeti çok yüksektir Termoplastik kompozitlerin işlenmesi kolay değildir ve ısı ve basınç gerektirir

7 Termoset kompozit üretim sistemleri Tüm kompozit ürünlerin yaklaşık% 75'i termoset reçinelerden. Havacılık, otomotiv, deniz, tekne, spor malzemeleri ve tüketici pazarlarında kullanımları ağırlık kazanmaktadır. 1. Sürecin başlıca uygulamaları 2. Süreçte kullanılan temel hammaddeler 3. Alet ve kalıp gereksinimleri 4. Parçanın Yapımı 5. Isı ve basıncın uygulanma yöntemleri 6. Temel işleme adımları 7. Sürecin Avantajları 8. Sürecin kısıtlamaları

8 Kompozit Proses Yöntemleri General considerations Pre-preg/ve karışımlar Vakum çantalama & otoklav Basınçlı kalıplama Enjeksiyon Kalıplama Kapalı kalıplar Soğuk pres Sıvı kalıplama Açık kalıplar El laminasyonu Püskürtme yatırma Reaktif prosesler RIM RRIM SRIM Sürekli prosesler İplik Sarma(Filament winding) Pültrüzyon 9

9 Püskürtme (Sprey) yatırma Tanım: Elyaf el tipi bir tabancayla doğranır ve katalizörlü reçine ile birlikte bir sprey tabancası içinden kalıba beslenir. Kalıba biriktirilen karışmış elyaf ve matris malzemeler, standart atmosferik koşullar altında kürleşir. Tipik uygulamalar: Basit muhafazalar, hafif yüklü yapısal paneller, örn. Karavan gövdeleri, kamyon brandaları, küvetler, duş tekneleri, bazı küçük tekneler, yüzme havuzları, tekne gövdeleri, depolama tankları, kanal ve hava taşıma ekipmanları ve oturma grupları gibi mobilya parçaları Düşükten orta hacimli miktarlarda küçükten büyüğe yarı özel parçaların üretimi

10 Püskürtme yatırma Malzeme Seçenekleri: Reçineler: Öncelikle genel amaçlı polyester (30 ila 40 dakika arasında kap ömrü olan hızlı tepkimeye giren reçineler). Elyaflar: Sadece E-Cam fitilleri (10-40 mm doğranmış). Karbon ve Kevlar uygulanabilir (Vf =% 20-40) Çekirdek: Yoktur. Bunlar ayrı olarak dahil edilmelidir Araç gereksinimleri: Uygulamaya bağlı olarak erkek ve dişi kalıplar kullanılır. (Tekne gövdeleri ve güverte dişi kalıpları kullanırken, küvetler ve duşlar erkek kalıpları kullanıyor.)

11 Püskürtme Yatırma Temel işleme adımları 1. Kalıp vaks uygulaması ile kolay kalıptan çekilmek için parlatılmıştır. 2. Jelkot (bariyer katmanı) kalıp yüzeyine uygulanır ve herhangi bir başka katman oluşturmak üzere sertleşmesine izin verilir. 3. Engel kaplama, jelkot yüzeyi boyunca lif baskısından kaçınmak için uygulanır. Ve bariyer kat fırında kürlenmiştir. 5. Ham reçine, kalsiyum karbonat veya alüminyum trihidrat gibi dolgu maddeleri ile karıştırılır ve bir tutma tankına pompalanır. 6. Reçine, katalizör ve kıyılmış elyaf kalıp yüzeyine el tipi bir püskürtme tabancası yardımıyla püskürtülür. Püskürtme tabancası, laminatın homojen kalınlığını oluşturmak üzere önceden belirlenmiş bir paternde hareket ettirilir. 7. Püskürtülmüş elyaf ve reçine malzemesinin sıkıştırılması için bir silindir kullanılır ve düzgün ve pürüzsüz bir laminat yüzey yaratmak için kullanılır. Tutulan hava çıkarılır. 8. Arzu edildiğinde, bir sandviç yapı oluşturmak için laminatın içine ahşap, köpük veya petek damarları gömülür. 9. Laminat, bir fırında sertleştirilir. Ardından kısım parçalanır ve bitirme işi için gönderilir. 11. Kalite kontrol elemanları, parçayı boyut toleransları, yapısal sağlamlık ve iyi yüzey kalitesi için incelemekte ve daha sonra geçme kriterlerine bağlı olarak parçayı onaylamaktadır veya reddederler.

12

13 Püskürtme yatırma Ana Avantajları: i) Uzun yıllar yaygın olarak kullanılan. Küçük ve orta hacimli parçalar ii) Elyaf ve reçinenin hızla biriktirilmesi için düşük maliyetli yol. iii) Düşük maliyetli aletler. Ana Dezavantajları: I) Laminatlar reçine bakımından zengindir ve bu nedenle aşırı ağırdırlar. Ii) Laminatın mekanik özelliklerini ciddi ölçüde sınırlayan sadece kısa lifler dahil edilmiştir. Iii) Reçinelerin, püskürtülebilecek kadar düşük viskoziteli olması gerekir. Bu genellikle mekanik / termal özelliklerini tehlikeye atmaktadır. Iv) Püskürtme yatırma reçinelerinin yüksek stiren içeriği genellikle daha zararlı olma potansiyeline vedüşük viskozitesine sahip olmaları da kıyafetlere girme eğilimi artırır. (V) Hava ile taşınan stiren konsantrasyonlarının yasal seviyelere getirilmesini sınırlamak gittikçe zorlaşmaktadır.

14 Islak / El yatırma Tanım Reçineler elle dokuma, örme, Dikişli veya yapışmış kumaş dokuma gibi liflere emdirilir. Bu genellikle merdaneler veya fırçalarla, kumaşlara reçineyi zorlayarak emdiriciliği artıran bir kullanım vardır. Laminatlar standart atmosferik koşullar altında kürleşme işlemine bırakılır. Brush Roller Mat or Fabric Resin female mould

15 A typical low volume open mould process. Making a mould tool for a Mini front end. Applying wax to former Applying mould release to former Polishing former release surface Applying polyester resin to wet-out reinforcement Applying reinforcement glass fibre mat Applying tooling gel coat 16

16 Applying polyester resin to wet-out heavyweight reinforcement Consolidating reinforcement with roller Applying local reinforcement patches Applying wax to finished mould After curing, separating mould tool from former Applying local stiffening elements 17

17 Islak yatırma Tipik uygulamalar: Standart rüzgar türbini kanatları, yarış tekneleri, mimari kalıplar. depolama tankları ve yüzme havuzları yapmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompleks şekiller üretilebilir. Prototiplemede yaygın olarak kullanılır. Malzeme seçenekleri: Reçineler: Herhangi biri ör. Epoksi, polyester, vinilester, fenolik. Lifler: Herhangi bir (çoğunlukla cam örgü dokuma, Fakat aramid kumaşların elle ıslanabilmesi zor olabilir. Çekirdekler: Herhangi biri.

18 Islak yatırma Temel İşleme Adımları 1. Kalıpta bir serbest bırakma ajanı uygulanır. 2. Jel kot, dış yüzey üzerinde Sınıf A yüzey bitirmesi yaratmak için uygulanır. Jel kat herhangi bir takviye katmanı yerleştirilmeden önce sertleştirilir. 3. Takviye tabakası kalıp yüzeyine yerleştirilir ve daha sonra reçine emprenye edilir. Bazen, ıslanan kumaş doğrudan kalıp yüzeyine yerleştirilir. 4. Bir rulo kullanarak, reçine yüzey etrafında düzgün bir şekilde dağıtılır. 5. Müteakip takviye tabakaları, uygun bir kalınlık oluşuncaya kadar yerleştirilir. 6. Sandviç yapımında lamine plakaya bir balsa, köpük veya petek çekirdeği yerleştirilir ve sonra yapışkan sürülür ve Arka lamine plakası, ilk lamine plakanın yapılış şekline benzer şekilde çekirdek malzemeye uygulanır. 7. Parçanın oda sıcaklığında veya yüksek sıcaklıkta post kürleme işlemine izin verilir.

19 Islak yatırma (wet layup) Alet Gereklilikleri: Kalıp tasarımı, diğer üretim proseslerine kıyasla çok basittir çünkü proses düşük basınçlı oda sıcaklığında kür ortamı gerektirir. Çelik, ahşap, GRP ve diğer malzemeler prototipleme amaçları için kalıp malzemeleri olarak kullanılır. Kalıp, erkek veya dişi kalıp olabilir. Duş küveti yapmak için erkek kalıp kullanılır. Tekne endüstrisinde, tekne yüzlü FRP (fiber takviyeli plastik) kalıp, yat tekneleri yapmak için kullanılır.

20 Islak yatırma Avantajları Çok düşük sermaye yatırımları İşlem çok basit ve çok yönlüdür. Herhangi bir lif türü malzeme Herhangi bir fiber yönü ile seçilebilir. 3. Prototip bir parça yapma maliyeti düşüktür, çünkü basit bir kalıp Parça ve kumaşların ucuz olması için kullanılabilir Dezavantajları 1. İşlem yoğun emek gerektirir. 2. Süreç, çoğunlukla, prototipleme için olduğu kadar büyük yapılar oluşturmak için de uygundur. 3. Açık kalıp yapısından dolayı, stiren emisyonu büyük bir endişe kaynağıdır. 4. Üretilen parçanın kalitesi parça bazında kısmen tutarlı değildir. 5. Yüksek fiber hacim fraksiyonu parçaları bu proses kullanılarak üretilemez. 6. İşlem temiz değil

21 İplik Sarma (Filament Winding) Tanım: Bu yöntem genellikle boşluklu, dairesel veya oval kesitli boru ve tanklar gibi bileşenlerin üretiminde kullanılır. Elyaflar önce bir reçine banyosundan geçirilir. Ardından elyaflar bir mandrel üzerine sarılmadan önce besleme mekanizması ve mandrelin dönüş hızına bağlı olarak çeşitli oryantasyonlarda sarılarak elyaf sarımı kontrol edilir.

22 Filament winding Modern makineler ekseni senkronize etmek ve fiber dağıtımını kontrol etmek için bilgisayar kontrolü altında çalışırlar Elyaf veya kumaş Yönlendirme deliği Kuru takviye, ıslak çekme veya pre-preg olabilir. 1 m / sn'ye kadar Helezonal sarma hızlanır, ancak genellikle çok daha yavaştır Sarım açısı yaklaşık 5 ila 89 derece arasındaki mandrel geometrisine bağlı olarak değişebilir mandrel Genellikle eksenel simetrik ve sabit kesit - daha karmaşık, dış bükey, kapalı şekiller zorla sarılabilir applications Borular, tahrik milleri, roket motor kasaları, füze rampası ve basit basınçlı kaplar H3CFRC4 23

23 Elyaf sarma Tipik uygulamalar: Kimyasal depolama tankları ve boru hatları, gaz tüpleri, itfaiyeciler nefes boruları. Malzeme Seçenekleri Reçineler: Herhangi biri ör. Epoksi, polyester, vinilester, fenolik. Lifler: Herhangi biri. Lifler düz olarak bir bobinden kullanılmakta ve dokuma veya kumaş biçimine dikilmemektedir. Çekirdekler: Tek katmanlı metalik veya plastik cidarlar

24 Elyaf sarma Proses adımları 1Lif ipliklerinin makaraları bobinler üzerinde tutulmaktadır. 2. Makaralardan birkaç iplik çekilir ve kılavuzlu pimlerden ve yönlendirici kanalınden geçirilir. 3. Sertleştirici ve reçine sistemleri bir kap içinde karıştırılır ve daha sonra reçine banyosuna boşaltılır. 4. Serbest bırakma maddesi ve jelkot (eğer varsa) mandrel yüzeyine uygulanır ve mandrel filament bobin makinesinin baş ve kuyruk stokları arasına yerleştirilir. 5. Reçine emprenye edilen lifler yönlendirici kanalından çekilir ve ardından mandrel yüzeyi üzerindeki başlangıç noktasına yerleştirilir. Lif gerilimi bir gerdirme cihazı kullanılarak oluşturulur 6. Mandrel ve yönlendirici kanal hareketleri başlatılır. 7. Fiber bantlar mandrel yüzeyine yerleştirilir. 8. Kompozit, oda sıcaklığında veya yükseltilmiş sıcaklıkta kurutulur. 9. Sertleştikten sonra, mandrel kompozit parçadan çıkarılır ve daha sonra tekrar kullanılır. 10. Bazı uygulamalar için mandrel çıkarılmaz ve kompozit yapının ayrılmaz bir parçası haline gelir.

25 Elyaf sarma Ana Avantajları: i) Bu, çok hızlı ve dolayısıyla materyallerin döşenmesi için ekonomik bir yöntem olabilir. ii) Reçine içeriği, her elyaf için reçinenin ölçülmesiyle kontrol edilebilir iii) Kumaş kullanılmadığı için elyaf maliyeti en aza indirilir, çünkü elyafa dönüştürmek için ikincil bir proses olmaz. iv) Tek yönlü kompozit üretimi olabilir, Böylece laminatların yapısal özellikleri çok iyi olabilir Uygulanan yükleri karşılamak için karmaşık bir düzen içinde elyaflar yerleştirilebilir. Ana Dezavantajları: i) İşlem, konveks şekilli bileşenlerle sınırlıdır. ii) Elyaf, bir bileşen uzunluğu boyunca tam olarak kolayca döşenemez. iii) Büyük bileşenler için mandrel maliyeti yüksek olabilir. Iv) Bileşenin dış yüzeyi kalıplanmaz ve bu nedenle kozmetik açıdan çirkin değildir. V) Düşük viskoziteli reçineler, genellikle mekanik olarak daha düşük özellikte ve sağlık ve güvenlik riski taşımaktadır.

26 27

27 Pultrüzyon (profil çekme) Lifler bobinler vasıtasıyla bir reçine banyosu içerisinden ve daha sonra ısıtılmış bir kalıp yoluyla çekilir. Kalıp, lifin emdirilmesini tamamlar, reçine içeriğini kontrol eder ve iyileştirir Malzeme kalıptan geçerken nihai şekline dönüşür. Bu kürlenmiş profil o zaman Otomatik olarak uzunluğa kesilir. Kumaşlar 0 dışındaki yönlerde fiber sağlamak için kalıba sokulabilir. Pultruzyon sürekli bir süreç olmakla birlikte, sabit kesit profili, 'pulforming' olarak bilinen Kesit içine tanıtılacak bazı varyasyonlara izin verir.

28 Pultrusion Malzeme Seçenekleri: Reçineler: Genellikle epoksi, polyester, vinilester ve fenoliktir. Lifler: Herhangi bir (ortak E camı tek yönlü lifler) Çok yönlü mukavemet özellikleri için kumaş ve paspaslar eklenebilir. Çekirdekler: Genellikle kullanılmazlar. Katkı maddeleri: Opaklık (beyazlık) için kalsiyum karbonat, yanmazlık için antimuan trioksit, alümina trihidrat, kimyasala dayanıklı ve izolasyon için alüminyum silikat Tipik uygulamalar: Kesitleri kesintisiz katı ve içi boş yapılar. Kirişler ve kirişler çatı yapılarında, köprüler, merdivenler, çerçeveler. Kirişler, kanallar, tüpler, kafes sistemleri, döşeme ve ekipman desteği, yürüyüş yolları ve köprüler, korkuluklar, hafif direkler, elektrikli mahfazalar, Alet gereksinimleri: Çelik kalıplar, reçine emdirilmiş elyafları istenen şekle dönüştürmek için kullanılır. Kalıplar uzunluğu boyunca sabit bir enine kesitlidir Kalıplar, reçinenin kısmen veya tamamen kürlenmesi için belirli bir sıcaklığa ısıtılır

29 Pultrusion Farklı formdaki elyaflar taslak fabrik veya iplik formunda or reçine basınç altında da uygulanabilir. Kalıp sıcaklığı reçine ve sert. Göre belirlenir. oil heating caterpillar type or pinch rollers uniform prismatic sections are the norm - e.g. rod, box, I, C-section pultruded section heated die haul-off Makara standı wet-out bath Reçine emilimini artırmak için ısıtılarak reçine viskozitesi düsürülebilir Farklı profillerde kalıplar kullanılabilir flying saw 30

30 Pultrusion(2) Endüstriyel makine (Fibreforce) H3CFRC4 31

31 pulling speed (mm/s) Pultrusion (3) 10 0 VE UP 0 25 wall thickness (mm) Çekme hızı malzemelere ve kesime bağlıdır Isınmadan, kürlenme ve soğutma davranışlarından etkilenir. Vinil Ester hafif yavaş polimerizasyon tepkimesi sergilemektedir 32

32 Pultrüzyon

33 Pultrüzyon Temel İşlem Adımları: 1. Lif ipliklerinin bobinleri bobinlerde tutulur. 2. Makaradan gelen birkaç elyaf ipliği alınır ve Reçine banyosu. 3. Sertleştirici ve reçine sistemleri bir kap içinde karıştırılır ve daha sonra Reçine banyosuna döküldü. 4. Kalıp, reçine kürü için belirlenmiş bir sıcaklığa ısıtılır. 5. Daha sonra reçin emdirilmiş elyaflar sabit hızda çekilir Reçinenin sıkıştığı ve katılaştığı kalıp (düşük hız). 6. Daha sonra çekirdek parçası istenilen uzunluğa kadar kesilir. 7. Yüzey boyama için hazırlanmıştır.

34 Pultrüzyon Reçine karışım oranları Viskozit < Cubuklar için1000 cps Kumaş katmanları için cps Reçine tankı sıc C

35 Pultrüzyon Ana Avantajları: I) Bu, malzemelerin emprenye edilmesi ve sertleştirilmesi için çok hızlı ve dolayısıyla ekonomik bir yol olabilir. Ii) Reçine içeriği doğru bir şekilde kontrol edilebilir. Iii) Elyaf maliyeti en aza indirgenmiştir çünkü çoğunluk bir askıdan alınmıştır. Iv) Laminatların yapısal özellikleri çok iyi olabilir, çünkü profiller çok düzdür. Lifler ve yüksek lif hacmi fraksiyonları elde edilebilir. V) Reçine emdirme alanı kapalı olabilir, böylece uçucu emisyonları sınırlar. Ana Dezavantajları: i) Sabit veya kesintisiz olarak kesişen bileşenlerle sınırlı ii) Isıtmalı kalıp maliyetleri yüksek olabilir. iii)prizmatik şekillerin üretimi

36 Hybrid processes - Pullwinding (Fibreforce) Layers of axial fibres and helically wound fibres are combined to produce a product with useful longitudinal strength and stiffness with high torsional rigidity overcomes some limitations of individual processes - rapid manufacture of biaxially reinf. tubes 37

37 RTM (Reçine taşıma kalıplama) Description: Fabrics are laid up as a dry stack of materials. These fabrics are sometimes pre-pressed to the mould shape, and held together by a binder. These preforms are then more easily laid into the mould tool. A second mould tool is then clamped over the first, and resin is injected into the cavity. Vacuum can also be applied to the mould cavity to assist resin in being drawn into the fabrics. This is known as Vacuum Assisted ResinInjection (VARI). Once all the fabric is wet out, the resin inlets are closed, and the laminate is allowed to cure. Both injection and cure can take place at either ambient or elevated temperature.

38 RTM (Resin Transfer Molding) Tipik uygulamalar: Yarı üretim küçük yatlar, tren ve kamyon gövdesi panelleri, rüzgar enerjisi bıçakları. Tipik olarak yapılan yapılar kasklar, kapılar, hokey çubukları, bisiklet çerçeveleri, Yel değirmeni bıçakları, spor otomobil gövdeleri, otomotiv panelleri ve uçak parçaları. RTM prosesi ile yapılan bazı uçak yapıları arasında iskele, bölme, Kontrol yüzeyindeki kaburga ve takviye elemanları, perdahlama parçaları ve ara parça blokları. Malzeme Seçenekleri: Reçineler: Genellikle epoksi, polyester ve vinilester. Lifler: Herhangi bir konvansiyonel kumaş. Dikişli malzemeler bu süreçte iyi çalışıyor Boşluklar hızlı reçine taşınmasına izin verir. Çekirdekler: Petek dışındaki herhangi biri.

39

40 RTM Malzeme Seçimi Reçine ve Elyaflar Proses sorunları Permeabilite (Geçirgenlik) Sıkışıtırılabilirlik Şekil verilebilirlik Performans Sorunları Rijitlik ve dayanım

41

42 Reçine emdirme modeli (Darcy kuramı)

43 RTM kontrol parametreleri 1. Geçirgenlik artımı *Elyaf hacim oranının azalması Kısa elyaf veya nonwoven kullanımının artışı Sorun: Düşük kompozit özellikleri 2. Viskozite artımı Düşük molekül ağ. Reçine kullanımı Yüksek sıcaklıkta enjeksiyon kalıplama Sorun: Proses kontrolü zor, Düşük camsı geçiş sıc. Ve basınç dayanımı 3. Basınç artımı Sorun: Taslak bozulması ve elyaf yıkanması

44 RTM (Reçine taşıma modeli) 1. Dağıtım cihazının A ve B tanklarına bir termoset reçine ve katalizör yerleştirilir. 2. Parçanın kolayca çıkarılması için kalıba bir açma maddesi uygulanır. 3. Preform kalıp içine yerleştirilir ve kalıp sıkıştırılır. 4. Kalıp belirlenen bir sıcaklığa ısıtılır. 5. Karışık reçine, seçilen sıcaklıktaki Ve basınçta giriş portlarından enjekte edilir. Bazen kalıp içinde bir vakum oluşturulur. Hava kabarcıklarını gidermek yanında reçine akışına yardımcı olur. 6. Kalıp dolana kadar reçine enjekte edilir. Vakum Kapatıldı ve çıkış portu kapalı. Içindeki basınç Kalan gözenekliliğin çökmüş olmasını sağlamak için kalıp artar. 7. Belirli bir süre boyunca kürledikten sonra (6 ila 20 dakika, reçine bağlı olarak) Kimya), kompozit parça kalıptan çıkarılır.

45 RTM (Resin Transfer Molding) Main Advantages: i) As RTM above, except only one side of the component has a moulded finish. ii) Much lower tooling cost due to one half of the tool being a vacuum bag, and less strength being required in the main tool. iii) Very large components can be fabricated with high fibre volume fractions and low void contents. iv) Standard wet lay-up tools may be able to be modified for this process. v) Cored structures can be produced in one operation. Main Disadvantages: i) Relatively complex process to perform consistently well on large structures without repair. ii) Resins must be very low in viscosity, thus comprising mechanical properties. iii) Unimpregnated areas can occur resulting in very expensive scrap parts.

46 Reaktif süreçler A B A B A B mix-head mix-head mix-head RIM Kalıp boş Reaktif monomer ilavesi RRIM Kalıp boş Reaktif monomer+ elyaf karışımı Bütün aşamalarda reaktif bir sıvı reçine vardır SRIM Kalıpta taslak Reaktif monomer 47

47 Diğer infüzyon prosesleri (SCRIMP, RIFT, VARTM) Tanım Vakum infüzyon Kumaşlar RTM'de olduğu gibi kuru bir malzeme yığını halinde düzenlenir. Elyaf taslağı daha sonra yapısal olmayan soyma kumaşı akış filesi ile kaplanır Bütün tabaka sonra vakum torbalanır ve torba sızıntıları ortadan kaldırılır, reçine akışına izin verilir. Bütün laminat üzerindeki reçine dağılımı, homojen olmalıdır boşluk kalmamalıdır Yapısal olmayan akış filesinden reçine kolaylıkla akar ve kumaşın üstten ıslatılması sağlanır.

48 Yüksek hızlı RTM süreci (Ford Motor) Düşük basınç, tüm alt gövde gibi daha büyük gövde parçalarının yapılmasına olanak tanır çelik yapıları değiştiriyor, Parça başına 6 ila 9 dakika aralığında döngü süreleri

49 RRIM özellik ve uygulamalar Uygulamalar Oto parçaları Roket panelleri Gövde yan kalıpları tampon kapakları Yan plastik korumalar reinforced polymer, rather than composite properties SMC - R25 PU RRIM SG Glass UTS E flex Ef wt % f Mercedes C class - RRIM (body colour) bumpers and fascias 50

50 Sıvı reçine kalıplama: Vacuum Assisted RTM vacuum gauge resin supply vacuum pump mould cavity resin pump Partial vacuum in cavity Full vacuum at perimeter Vacuum provides clamping force Reduced bursting forces Light tooling 51

51 Liquid Composite Moulding (5): Vacuum Infusion catalysed resin supply injection gallery flexible mould shell (or barrier film) vacuum generator mat/fabric single sided mould vacuum film flow enhancing layer peripheral resin gallery central vacuum port large marine structures with low styrene emission flow enhancing layer vacuum film reinforcement stack mould body H3CFRC4 52

52 53

53 Liquid Composite Moulding (6):Resin Film Infusion (RFI) resin film fabric caul plate breather vacuum bag vacuum moulding tool uses aerospace technology B staged resin film vacuum bag or matched tooling accurate control of charge mass lower risk than VI breather 54

54 Technologies - Standard RTM Yüksek yatırım Kısa çevrim süresi (~ 20 dakika) Çok iyi yüzey bitirmek > Isıya dayanıklı çelik kalıplar > 4-5 bar'lık kalıplama basınçları (10 bara kadar) > Kalıpların dikey preslerle kapatılması ve yer değiştirmesi > Düşük Profil formülasyonları mümkündür

55 Technologies - Light RTM / Vacuum Assisted RTM Sınırlı yatırım Ortalama toplam çevrim süresi (~ 1 saat) Orta yüzey görünüşü Kompozit malzemeden yapılmış ortalama ömür boyu kalıplar Sınırlı enjeksiyon basıncı: <2 bar Kalıbı kapatmak ve reçinenin dağılmasına yardımcı olmak için vakum kullanın İyi akış ve emprenye sağlamak için reçinenin düşük viskozitesi Küçük seri, Düşük Profil mümkün değildir, Jelkot

56 Technologies Vacuum Infusion Düşük yatırım Çok uzun devir süresi (birkaç saat) Çok büyük parçaların imkânı Sarf malzemesinin kullanımı Film kalıpları kompozitten kalıplar > 1 ila 2 barlık kalıplama basınçları > Yüksek cam içeriğine ulaşma imkanı > İyi reçine akışına yönelik solunum materyalleri

57 Technologies S-RIM Yüksek yatırım Kısa çevrim süresi (~ 3 dak) Çok büyük seriler > Alüminyumdan, potansiyel olarak ısıtılmış kalıplar 1 bar'lık kalıplama basıncı > Köpüren reçine: düşük yoğunluklu parçalar

58 RFI Applications The 6.2m long, 5.5m wide, 1.6m deep rear pressure bulkhead for the Airbus A380 is produced using resin film infusion

59 RFI Applications

60 Commercial RFI Systems RFI out-of-plane flow SPRINT SP Technologies SPRINT materials consist of a layer of fibre reinforcement either side of a pre-cast, precatalysed resin film. The material therefore has the appearance of dry reinforcement which has resin concealed at its centre. SPRINT materials are produced by a process that differs from conventional prepreg so that the fibres in the reinforcements remain dry and unimpregnate by the resin.

61 Liquid Composite Moulding (7): Injection-compression (a) partial closure (b) metered resin shot (c) compression stroke & mould fill initial standoff enables rapid injection of resin due to increased permeability final compression stroke provides rapid fill-out and void collapse 62

62 Temperature (C) Liquid Composite Moulding (10): The Thermal Cycle 200 Vent characteristic exotherm Gate vent gate time(s) 60 quench - this dominates the cycle gate region is cold due to quench remote regions see little cooling resin heated by hot preform and mould surface first cure at vent, last at gate reducing cure times raise mould temp preheat resin introduce zone heating change initiator system H3CFRC4 63

63 Liquid Moulding- the Impregnation Problem Most composites manufacturing processes can be analysed as porous media problems (well known in civil and chemical engineering): Flow of a Newtonian fluid though a bed consisting of fine, interconnected pores bulk flow inter-ply flow microscopic flow the problem can be considered at several levels: micro-level to predict void formation macro level to predict mould fill 64

64 Sıvı kalıplama Darcy kuramı Darcy s law (1D) General form Q volume flow rate permeability KA p x 1 [ K] P 0 pressure gradient fluid viscosity In general terms, the flow rate is proportional to the bed permeability and pressure gradient and is inversely proprtional to the fluid viscosity K varies with fibre architecture varies with temperature and conversion H3CFRC4 65

65 Sıvı kalıplama- emprenye etme sorunu Farklı süreçler farklı sınır koşullarını içerir, ancak aynı yönetim denklemleri : Sıvı kalıplama Sabit elyaf yatağı Ilerleyen reçine hattı Doymamış akış Pultrüzyon Hareketli elyaf yatağı Sabit reçine Doymamış akış Vakum torbalama Sabit elyaf yatağı Ilerleyen reçine Doymuş akış artı değişen boşluk yüksekliği 66

66 Type of moulds Surface Service life (n parts) Cost index Payback series Advantages Drawbacks Technology Polyester composite Gelcoated Polyester Small series Cost and manufacture time Service life and surface fragile Light RTM Epoxy composite Gelcoated Epoxy 3,000 to 6, Small series Possibility of heating up to 80 C Service life and surface fragile Vacuum assisted RTM Electroformed skin Nickel 50,000 to 100,000 5 Medium series Cost / performance ratio dimensions reliable surface Time possible modifications deformation Vacuum assisted RTM S-RIM Machined aluminium alloy Polished aluminium alloy 10,000 to 30,000 7 Medium series Time accuracy heating modifications Surface reliable but fragile small moulds Standard RTM S-RIM Steel Polished or chromeplated 250,000 to 500, Large series Surface aspect reliability heating service life Time weight cost Standard RTM

67 Kalıplama prosesleri

68 Diğer RTM prosesleri Malzeme Seçenekleri: Reçineler: Genellikle epoksi, polyester ve vinilester. Lifler: Herhangi bir konvansiyonel kumaş. Dikişli malzemeler bu süreçte iyi çalışıyor Boşluklar hızlı reçine taşınmasına izin verir. Çekirdekler: Petek dışındaki herhangi biri. Tipik uygulamalar: Yarı üretim küçük yatlar, tren ve kamyon gövdesi panelleri, rüzgar enerjisi bıçakları

69 Diğer RTM prosesleri Avantajları: I) Yukarıdaki RTM'de olduğu gibi, bileşenin yalnızca bir tarafı kalıplanmış bir yüzeylidir. Ii) Takımın yarısının bir vakum poşeti olması nedeniyle çok daha düşük takım ve kalıp maliyeti iii) Çok büyük parçalarda Yüksek lif hacmi fraksiyonlarıyla imal edilebilir ve düşük boşluk Içeriği verir Iv) Standart ıslak yatırma araçları bu işlem ile modifiye edilebilir. V) Sandviç plakalar tek bir işlemle üretilebilir. Dezavantajları: I) Tamir edilmeden büyük yapılarda tutarlı bir şekilde iyi performans göstermesi için nispeten karmaşık bir süreç. Ii) Reçinelerin viskozitesi çok düşük olmalı, dolayısıyla mekanik özellikler içermelidir. Iii) Çok pahalı hurda parçaları ile sonuçlanacak şekilde emprenye edilmemiş alanlar oluşabilir.

70 Vakum Çantalama (Vakumda ıslatma) Tanım Bu temelde yukarıda açıklanan ıslak yatırma işleminin bir uzantısıdır burada basınç Konsolidasyonunu iyileştirmek için bir kez düzenlenmiş laminata uygulanır. Bu Islak düzenlenmiş laminatın ve diğer yardımcı katmanların üzeri bir plastik film ile ve yapışkan bant ile sızdırmaz hale getirilir. Torbanın altındaki hava bir vakum pompası ile çıkarılır ve böylece Kompozit laminatı sertleştirmek için için 1 atmosfere kadar baskı uygulanabilir. bagging material breather cloth peel ply release film pre-preg stack vacuum line

71 Vakum Çantalama Dizilim sırası layer function KALIP YATIRMA release film PTFE film to assist mould release pre-preg (eg) carbon/epoxy prepreg stack representing unconsolidated laminate release film (porous) PTFE coated glass or PA fabric or peel-ply to assist release and facilitate bonding bleeder porous felt to absorb excess resin barrier film eg non-porous PTFE to contain escaping resin breather porous felt to equalise pressure distribution vacuum (expendable) polyamide or (reusable) Si film rubber outer bag 72

72 Temp C pressure bar Vakum çantalama Tipik kürleşme eğrisi Ilk ısıtma - gerçek hız, termal kütle tarafından belirlenir Kuruma işleminin tamamlanması, kalıp sökülmesi için soğutulması ve ortam basıncına havalanması autoclave pressure laminate temp 6bar 20 bag pressure 1hr 3hr 4hr 7hr Dengesini sağlar ve havanın içeriye girmesine izin verir. 0-1bar Kalıntı boşlukarını sıkıştırmak için otoklav basıncının artmasıyla birlikte geçici ısıyı iyileştirmek için rampa 73

73 Vakum Çantalama Özellikleri Avantajları Düşük yatırım Düşük maliyetli aletler Mümkün olan büyük yapılar Düşük emisyonlar Yüksek Vf, yapısal parçalar uygulanabilir Kalifiye elemanlarla kaliteli parçalar Dezavantajları Doğrudan kalınlık kontrolü yok Bir yüzü pürüzlü Yoğun emek Yavaş işleme Nitelikli işgücüne ihtiyaç var H3CFRC4 74

74 Otoklav (autoclave) (ısıtılmış basınç tankı) e-molding/ 75

75 2011 Sauber F1 team video Carbon fibre prepreg layup/laminating Autoclave process (5mins) 2012 Williams F1 team video (1:17 mins) Inside Koenigsegg - wheel making Whole prepreg to autoclave process (11:42 mins) 76

76 Vacuum Bagging (Wet lay up) Malzeme Seçenekleri: Reçineler: Öncelikle epoksi ve fenoliktir. Polyester ve vinil esterlerin Reçineden aşırı stiren ekstraksiyonuna bağlı sorunlar vakum pompası. Lifler: Konsolidasyon basınçları, çeşitli ağır kumaşların Islak olabilir. Çekirdekler: Herhangi biri. Tipik uygulamalar: Büyük, bir defalık seyir tekneleri, yarış arabası bileşenleri, üretim teknelerinde çekirdek bağlantı.

77 Termoplastik proses yöntemleri Termoplastik kompozitlerin kullanımı, havacılık ve otomotiv endüstrilerinde daha yüksek tokluk, daha yüksek üretim hızı ve az çevresel kaygılar nedeniyle popüler hale gelmektedir. Başlıca termoplastik üretim teknikleri, enjeksiyon kalıplama, basınç kalıplama ve bir dereceye kadar otoklav / prepreg katmanlı üretim işlemini içerir Termoset kompozitler için mevcut imalat proseslerinin birçoğu (örn. Filament sarım ve pultrüzyon) termoplastik kompozit parçaların üretimi için de kullanılır. Termoplastikler söz konusu olduğunda işleme saniyeler içinde gerçekleşebilir. Termoplastiklerin işlenmesi tamamen fiziksel bir işlemdir çünkü termoset kompozitlerinde olduğu gibi kimyasal reaksiyon yoktur.

78 Termoplastik Bobin Sarma Termoplastik bant sarma, termoplastik filament sarım olarak da adlandırılır Bir termoplastik prepreg bant mandrel üzerine sarılır Bant yerine, karıştırılmış lifler de kullanılabilir. Termoplastiklerin eritilmesi ve sağlamlaştırılması için makaranın ve mandrelin temas noktasında ısı ve basınç uygulanır.

79 Termoplastik bant sarımı Malzeme seçenekleri (Termoplastik prepreg bantlar) Takviye elyafları, Karbon, cam ve arami, ayrıca doğal elyaflar Çeşitli reçineler, örneğin polietereterketon (PEEK), polifenilen Sülfid (PPS), poliamit (naylon 6), polieterimid (PEI), polipropilen (PP) Ve polimetilmetakrilat (PMMA) bantla sarılmış yapılar yapmak için kullanılır En yaygın prepreg bantlar karbon / PEEK (APC-2), karbon / naylon ve karbon / PPS'dir. Karıştırılmış lifler (takviye edici ve matris elyafları) da bu yöntemde kullanılır. Başlıca uygulamalar Prototip parçaları yapımında kullanılırdı. Ancak, süreç henüz olmamıştır. Ticari uygulamalar için yaygın olarak kullanılır. Bisiklet kasaları ve benzeri boru yapıları yapmak için kullanılır. Uydu başlatma tüpleri. Süreç büyük yapı olmadan kalın yapılar yapma potansiyeline sahiptir. Artık gerilmeler.

80 Termoplastik bant sarma Isı ve Basıncı Uygulamak İçin Yöntemler Ergime ve birikim için gerekli ısı, indüksiyon veya dirençli olabilir sıcak rulolarla sağlanabilir. Yüksek frekanslı dalgalar, termoplastikteki moleküllerin titreşmesini sağlayarak malzemeyi ısıtabilir. Bununla birlikte, bu yöntem yalnızca polar molekülleri içeren termoplastiklerle çalışır. Isı kaynağı olarak açık alev veya bir asetilen gazlı meşale kullanılabilir, ancak genellikle çok sıcaktırlar bunedenle polimer bozunabilir Isıtma için sıcak hava veya sıcak azot gazı kullanılabilir. Bu, laminatın konsolidasyonu için düşük maliyetli bir alternatiftir ancak atmosferdeki oksidasyon probleminden dolayı zayıf ısı verimi ve degradasyona sahiptir.

81 Termoplastik bant sarma Avantajları Bant sarımı, termoset filament sargısına kıyasla daha temiz bir üretim yöntemidir. İçbükey yüzeyler helisel sargılar gerçekleştirilebilir.. Kalın ve geniş kompozit yapıların kesintiye uğramadan üretimi oluşturulabilir Bu durum termoset reçinelerde oluşan ekzotermik reaksiyon ve artık gerilim nedeniyle gerçekleştirilememektedir. Bant sargısı yapıya üstyüzey şekil verilebilme olanağı sunar. Üretim sırasında stiren emisyonu endişesi yoktur İkincil bir prosese gerek yoktur (Post kürleme)

82 Termoplastik bant sarma Dezavantajları İşlem lokalize bir ısı kaynağı ve bir konsolidasyon silindiri gerektirdiği için karmaşıktır. Süreç, yüksek bir sermaye yatırımı gerektirir. İyi bir konsolide parça elde etmek bu yöntemde oldukça zordur. Bant sarımı ile elde edilen ürünlerin kalitesi ıslak reçineli iplik sargısı ile elde edilenin kalitesinden daha düşüktür. Sarmal bant sargılar sırasında, katılaşan bantların arayüzeylerinde boşluklar ve gözenekler oluşur. Bant sarımı için hammadde maliyeti ıslak reçineli filament sargısına kıyasla çok yüksektir..

83 Termoplastik profil çekme metodu This termoset kompozitteki yöntemin benzeridir

84 Termoplastik profil çekme yöntemi Major Applications Termoset profil çekme yöntemine kıyasla düşük yüzey özellikleri, zayıf reçine doyumu ve proses zorlukları nedenlerinden ötürü yaygın ticariuygulaması mevcut değildir. Yeniden şekillendirilmesi tercih edilen tokluk geri dönüşüm tamir edilebilme ve yüksek perfomans aranan uygulamalarda tercih sebebi olabilir. Ticari olarak kare dairesel tüpler, açılar şeritler kanallara gibi birçok basit geometik enine kesite sahip malzemelerin üretimi

85 Termoplastik profil çekme yöntemi Hammaddeler Termoplastik reçinelerin büyük bir kısmı bir matris malzemesi olarak kullanılabilir, ancak en sık kullanılanlar naylon, polipropilen, poliüretan, PEEK, PPS ve PEI'dir. Çoğu durumda takviye olarak cam ve karbon elyafları kullanılmıştır. Prepregler, karıştırılmış elyaflar ve yukarıdaki matris ve takviye malzemeleri ile yapılmış toz emprenye lifleri kullanılmıştır.

86 Termoplastik profil çekme yöntemi Avantajları Termoset pultrüzyon işlemi genellikle polyester ve vinilester reçineleri ile sınırlıdır. Termoplastik pultruzyon ise PP, naylon, PPS, PEEK, Poliüretan, PEI, vs. kullanılır Termoplastik pultrüzyonda, yeniden şekil alma ve onarılabilirlik önemlidir. Proses çevre dostu ve stiren içermez. Parça kolayca geri dönüştürülebilir.

87 Termoplastik profil çekme yöntemi Dezavantajları Termoplastik kompozitlerin pultrüzyon ortamında işlenmesi yüksek sıcaklık ve basınç gerektirdiği için zordur. Konsolidasyon için yüzey kalitesi, termoset ile karşılaştırıldığında daha düşüktür. Reçine malzemesinin yüksek viskozitesi nedeniyle, malzeme kolayca akmaz. Bu nedenle karmaşık şekiller üretmek zordur. Süreç, yüksek bir sermaye yatırımı gerektirir. Termoplastik pultrüzyon için başlangıçtaki hammaddelerin maliyeti termoset pultrüzyonundan daha yüksektir.

88 Basınçlı kalıplama Compression molding of GMT (glass mat thermoplastic) is very similar to compression molding of SMC, with the only major difference being the type of raw material used in the process. In thermoplastic compression molding, GMT is used for making high-volume parts. This is the only thermoplastic manufacturing technique used in widespread commercial applications for making thermoplastic structural parts. The process is primarily used in the automotive industry. The process is two to three times faster than compression molding of SMC

89 Basınçlı kalıplama 60 saniyeden daha kısa çevrim sürelerinde büyük parçalar üretme kabiliyeti ile kalıplama süreci, en verimli proseslerden biri olarak kabul edilmektedir Bu, yapısal termoplastik kompozit parçalar yapmak için endüstride kullanılan tek termoplastik üretim işlemidir. Bu süreç, tampon kirişleri, panolar, dizlikler ve diğer otomotiv yapısal parçaları yapmak için kullanılır.

90 Basınçlı kalıplama Karbon levha kalıplama hamuru (SMC) üreticileri: Hexcel, Quantum, Menzolit, Tencate Yapısal uygulamalar: Boeing 787 pencere çercevesi Lamborghini Sesto Elemento, Tipik olarak UD prepreglerinden türetilmiştir, bu nedenle pahalı (Cam SMC'lere kıyasla çok düşük akışı Elyaf / myüksek basınç gerekli atris ayrılmasını önlemek için yüksek reçine viskositesi gereklidir. 91

91 Combination of prepreg and C-SMC Prepreg Compression Moulding Mitsubishi Prepreg and C-SMC co-moulding Rapid curing prepregs (2 o C) Expensive material formats Rapid preforming solution for 2D/3D charge creation Lamborghini Sesto Elemento Forged Composites 92

92 Compression Molding Parça İmalatı Termoplastik kompozitlerin sıkıştırma kalıplaması, ısıtılmış kompozit levhanın, boşluğu doldurmak için reçine ve cam elyafları zorlamak için kalıp yarıları arasında sıkıştırıldığı bir akış oluşturan işlemdir. Döküm çevrimi süreleri tipik olarak 30 ila 60 s arasında değişir. SMC kalıplama işleminden farklı olarak, kalıp boşluğuna döşenmeden önce, reçinenin erime sıcaklığının üzerinde bir konveyör donanımlı fırında ısıtılır,

93 Basınçlı kalıplama Avantajları Bu, kompozit yapısal parçalar yapmak için en hızlı tekniklerden biridir. İşlemin verimliliği yüksek olduğundan, daha az takım ve daha az emek gereklidir Dezavantajları Süreç için yüksek bir sermaye yatırımı gerekiyor. İşlem yüksek üretim hacmi ortamlarıyla sınırlıdır. Bu işlem için tipik lif hacim fraksiyonu, reçinenin yüksek viskozitesi nedeniyle % 20 ila% 30'dur. Parçadaki yüzey kaplaması ara bir niteliktedir.

94 Sıcak presleme yöntemi Bu işleme, termoplastik prepreglerin basınçlı kalıplaması veya eşleşen kalıp tekniği denir. Bu işlem sac metal şekillendirme işlemine benzer. Bu işlemde, termoplastik prepregler birbiri üzerine istiflenir ve daha sonra ısıtılmış kalıplar arasına yerleştirilir. Basınçlı kalıplamadan farklı olarak, bu durumda prepregler tek yönlü sürekli liflerle yapılır. Elyaf hacim fraksiyonu % 60'dan büyüktür. Bu süreç, düz test kuponları yapmak için AR-GE ortamlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

95 Sıcak basınçlı kalıplama Başlıca Uygulamalar Bu işlem, temel olarak düz laminatlar gibi basit şekillerin yapılması için kullanılır. Süreç çok ticari önem kazanmadı. Bu işlem, sabit kalınlığı olan parçaları yapmak için kullanılır. Temel Hammaddeler Bu proseste kullanılan hammadde, termoplastik prepregler Tek yönlü lifler. PEEK (APC-2) ile karbon fiber ve PPS ile karbon çoğunlukla bu uygulama için kullanılır. Karbon, cam ve kevlar yerine polimerleden PP, naylon gibi ve diğer bazı tipteki plastiklerde kullanılabilir.

96 Sıcak basınçlı kalıplama Avantajları 1. Yüksek lif hacmi fraksiyonu, sıcak pres tekniği ile elde edilir. 2. Küçük - büyük boyutlu parçalar sıkıştırılmış kalıplanabilir. 3. Parçalar geri dönüşümlüdür. Sınırlamaları 1. İşlem düz levha gibi basit parçaları yapmakla sınırlıdır. Süreç çok ticari önem kazanmadı. 2. Kalın yapılar bu teknikle kolayca üretilemez. 3. Bozulma ve çarpıklık içermeyen parçaların yaratılması bir zorluktur

97 Autoclave Processing Termoplastik kompozitlerin otoklav işlemi, termoset kompozitlerinin otoklav işlemesine benzer. Bu proseste, termoplastik prepregler bir alet üzerine istenilen sırayla yerleştirilir ve istiflenmiş katların birbirine göre hareket ettirilmemesini sağlamak için spot kaynak yapılır. Bütün tertibat daha sonra vakum torbasına konur ve bir otoklav içine yerleştirilir. İşlem döngüsünün ardından parça aletten alınır. Bu işlem sıcak pres tekniğine benzer, ancak tek fark basınç ve ısı uygulamak için kullanılan yöntemdir

98 Otoklav prosesi Başlıca Uygulamalar Otoklav işlemi öncelikle havacılık endüstrisinde daha sert kompozit parçalar yapmak için kullanılır. Prepregler uygun bir kalınlık geliştirilene ve ardından vakum torbalama yapılıncaya kadar prepregleri üst üste koymak üzere spot kaynakla imal edilmiştir. Bütün tertibat daha sonra bir otoklav içinde işlendi. Temel Hammaddeler Bu proseste kullanılan hammadde, termoplastik prepregler Tek yönlü lifler. PEEK (APC-2) ile karbon fiber ve PPS ile karbon Çoğunlukla bu uygulama için kullanılır. Cam ve Kevlar elyafları da kullanılır PP, naylon ve diğer plastikler gibi polimerler ile.

99 Otoklav prepreg prosesi 100

100 Carbon Fiber Construction - /Inside Koenigsegg Making 280mph Capable Carbon Fiber Wheels - /INSIDE KOENIGSEGG Tuesday, 11 April

101 Otoklav kürleşme aşamaları 102 A typical autoclave cure cycle for a thin laminat of (80-180oC curing epoxy matrix is

102 Tipik otoklav kürleşme süreçleri oC sertleşen epoksi matrisinin ince bir laminatı için tipik bir otoklav kür çevrimi 135oC'de 90 dakika ve 120oC'de kalın (> 10mm) laminat için 180 dakika. Alternatif kürleşme döngüsü, örneğin; Daha yüksek bir cam geçiş sıcaklığı elde etmek için 180oC'de 2 saat süreyle üretim sonrası kür işlemi uygulanabilir. 103

103 Otomatik Yatırma ile Laminasyon Automated Tape Laying (ATL) FB587FA9 Automatic Fibre Placement (AFP)

104 Otoklav prosesi Otoklav İşleme Avantajları 1. Yüksek elyaf hacim fraksiyonlu yapısal kompozit komponentlerin üretimini sağlar. 2. Herhangi bir lif oryantasyonunun üretilmesine izin verir. 3. Bu basittir. Temelde otoklav işlemenin bir kopyasıdır. Termoset kompozitler. 4. Prototip parçaları yapmak için uygundur. 5. Otoklav işleme için takım tasarımı basittir. Otoklav İşleme Sınırlamaları 1. Yapışkanlık ve kıvrılabilme özelliğinden dolayı, termoplastik kompozitlerin otoklav işlemi sırasında prepreg yerleştirilmesi emek yoğundur. Onun termoset muadili ile karşılaştırıldığında. 2. Şirketin ilave bir otoklav satın alması gerekiyorsa yüksek bir sermaye yatırımı gereklidir. 3. Termoplastik kompozitlerin işlenmesi, termoset kompozitlerle karşılaştırıldığında zordur. Yüksek erime sıcaklığı ve termoplastiklerin daha yüksek viskozitesi nedeniyle daha yüksek sıcaklıklar ve basınçlar gereklidir.

105 Diyafram şekil verme prosesi Termoplastik filaman sarma, çekme ve otoklav işlemlerinin aksine, diyafram oluşturma işlemi, termoset teknolojisinden uyarlanmadığı için benzersiz bir süreçtir. Bu işlem özellikle termoplastik prepreglerle çalışmak için geliştirildi. Diyafram oluşturma prosesinde, birleşik levha formundaki prepreg tabakalar iki esnek diyafram arasına yerleştirilir ve daha sonra bir diş kalıbına karşı ısı ve basınç altında oluşturulur. Prepreg katmanları iki kısıtlı diyafram arasında serbestçe yüzer

106 Diyafram şekil verme prosesi Başlıca Uygulamalar Bu yöntem henüz ticari açıdan önem kazanmamıştır. Birkaç araştırmacı, kask, tepsiler, oluklu şekiller vb. gibi kompleks parçaları yapmak için bu işlem üzerinde çalışmışlardır. Temel Hammaddeler Bu işlemin ham maddesi sıcak pres tekniği için olanla aynıdır. Burada, kompozit tabaka, tek yönlü prepreg materyallerini arzulanan bir sırayla ve yönünde istifleyerek oluşturulur. Katlar, bir katın diğerine yapışması için genellikle perimetrelerin etrafında lekelenmiştir. Karbon / PEEK (APC-2), karbon / PPS, karbon / naylon ve cam / naylon prepregler, kompozit levhalar yapmak için sıklıkla kullanılır.

107 Diyafram şekil verme prosesi Diyafram Oluşturma Sürecinin Avantajları Mükemmel yapısal özellikler sunar, çünkü sürekli lifler Rol yaparken kullanılır. Tekdüze kalınlıktaki makul derecede karmaşık şekiller üretilebilir Makul ölçüde yüksek üretim verimleri ile. Diyafram Oluşturma Sürecinin Sınırlamaları Süreç, sabit kalınlığı olan parçaları yapmakla sınırlıdır. Karmaşık şekillerin üretimi sırasında üniform fiber dağılımının korunması bir zorluktur. Diyafram oluşturma işleminde, kompozit tabakalar diyaframlar arasında yüzerler ve izin verilen tüm deformasyon şekillerine serbesttirler. Başka yerlerde bu özgürlük

108 Enjeksiyon kalıplama Enjeksiyon döküm, termoplastikleri bitmiş formlara üretmek için baskın bir süreçtir ve kullanımı fiber dolgulu termoplastiklerle artmaktadır. Termoplastiklerin enjeksiyon kalıplaması, 5 g ile 85 kg arasında değişen muazzam bir parça çeşitliliği için tercih edilen bir işlemdir. Tüm termoplastik reçinelerin yaklaşık% 25'inin enjeksiyon kalıplama için kullanıldığı tahmin edilmektedir Ekipman termoplastik kompozitler için hammadde değişikliği hariç aynı kalır. Reçinede elyaf kullanılması, parçanın mekanik mukavemetini arttırır ve daha iyi bir boyut kontrolü sağlar. Enjeksiyon kalıplama, karmaşık parçaları çok yüksek bir hızda yapmak için kullanılır. Çok otomatik bir işlemdir ve genellikle 20 ila 60 s'lik bir işlem döngüsü süresine sahiptir. Bu süreç, otomotiv ve tüketim malları gibi büyük hacimli uygulamalar için uygundur.

109 Enjeksiyon kalıplama Başlıca Uygulamalar Enjeksiyonla kalıplanmış, güçlendirilmemiş termoplastikler, kova, kupalar, sabun muhafazaları, oyuncaklar, muhafaza ve muhtelif üniteler için muhafazalar gibi ev eşyalarında çok yaygındır. Güçlendirilmiş kompozit parçalar, ekipman gövdesi, dişlileri, bilgisayar parçaları, otomotiv parçaları ve daha fazlasını içerir Temel Hammaddeler Bu işlemde kullanılan başlangıçtaki termoplastik kompozit malzemeler pellet veya granüler formdadır. Bu peletler, kompozit çubukların dökülmesi ve ardından bunları yaklaşık 10 mm uzunluğunda küçük parçalara kesmek suretiyle oluşturulmuştur. Elyaf takviyeli pelet yapmanın bir başka yolu, sürekli bir ipi bir kaplama kalıpından geçirmektir. Kaplanmış teller daha sonra tipik olarak 10 mm uzunluğunda doğranır. Nihai kalıplanmış parçalar, 0,2 ila 6 mm uzunluğunda lifler içerir. Fiber bir vidalı namlu, meme veya ekipmanın ve kalıpun diğer bir bölümünden geçtiğinde kırılır. Öncelikle, cam elyafları PP, naylon, PET, polyester gibi çeşitli termoplastiklerle birlikte kullanılır. Karbonlu ve Kevlar elyaflı kalıplı peletler piyasada da mevcuttur

110 Enjeksiyon kalıplama Avantajları 1. Bu işlem, bir atışta kompleks şekiller üretilmesini sağlar. Uçlar ve çekirdek malzemeler parça imalatında kullanılabilir. 2. Parçanın tekrarlanabilirliği, diğer kalıplama işlemlerine kıyasla enjeksiyon kalıplama işleminde daha iyidir. Sıkı boyutlu kontrol imkanı (± 0,002 inç). 3. Süreç, 20 ila 60 s arasında değişen kalıp devri ile yüksek hacimli bir üretim yöntemidir. Bu yüksek üretim hızı nedeniyle, bu yöntem otomotiv, spor ve tüketici ürünleri parçaları yapmak için çok uygundur. Süreç, en yüksek hacim oranını elde etmek için tamamen otomatikleştirilebilir. 4. İşlem, yüksek hacimli üretim oranları nedeniyle düşük maliyetli parçaların imal edilmesine olanak tanır. Sürecin çok iş gücü maliyeti var. 5. Bu işlemi kullanarak küçük (5 g) ila büyük (85 kg) parça yapılabilir. 6. İşlem, net şekli veya ağa yakın şekillendirilmiş parçaların üretimine izin verir. Kesim ve zımparalama gibi bitirme işlemlerini ortadan kaldırır. Yüzey kalitesinin kalitesi çok iyi. 7. İşlemin hurda kaybı çok düşüktür. Koşucular, kapılar ve hurda yeniden dönüşümlüdür.

111 Injection Molding Dezavantajları 1. Süreç önemli miktarda sermaye yatırımı gerektirmektedir. 181 tonluk sıkıştırma kapasitesine ve 397 g'lık atış boyutuna sahip bir püskürtmeli kalıplama makinesi yaklaşık $ maliyeti ile. Ürün tasarımı, imalatı ve makina bakımında uzmanlığın olmaması, yüksek çalışma ve çalıştırma maliyetlerine neden olabilir. 2. İşlem, yüksek kalıp maliyetlerinden ötürü düşük hacimli parçaların imalatı için uygun değildir. Kalıp genellikle 20,000 ila 100,000 dolar arasında ücretlidir; Bu nedenle tasarımdaki değişiklikler sıklıkla izin verilmez. 3. İşlem, prototip parçaları yapmak için uygun değildir. Tasarım hakkında bir fikir edinmek için, son prodüksiyona başlamadan önce parçanın görselleştirilmesi için hızlı prototipleme tercih edilir. 4. Süreç, kalıp tasarımında, kalıp yapımında, imalat sürecinin bilgisayar simülasyonunda, hata ayıklamasında, deneme yanıltmada vb. Zaman nedeniyle daha uzun süre öngörülür. 5. Çok fazla proses değişkeni olduğu için (örneğin, enjeksiyon basıncı, geri basınç, erime sıcaklığı, kalıp sıcaklığı, atım boyutu, vb.), Parçanın kalitesinin derhal tespit edilmesi zordur.

112 Metal Matrix Composites (MMC)

113 Purpose of using MMCs higher specific modulus and strength better properties at elevated temperature lower CTE better wear resistance Disadvantages of using MMCs: less toughness more expensive

114 Applications of MMCs Mid-fuselage structure of Space Shuttle Orbiter showing boronaluminum tubes. (Photo courtesy of U.S. Air Force/NASA). Cast SiCp/Al attachment fittings: (a-top) multi-inlet fitting for a truss node

115 MMC Solid State processes I Low temperature processes with diffusion bonding. Foil techniques Compaction of fibre with foil matrix below the solidus temperature: foil plating by cold rolling explosion welding hot pressing (HP) hot isostatic pressing (HIP)

116 MMC Solid State processes II Powder techniques Aluminium alloy matrix materials canned and vacuum-degassed prior to consolidation to minimise surface oxidation and contamination

117 MMC secondary processing extrusion, forging, rolling, stamping superplastic forming machining superhard cutting and grinding tools AJM: abrasive waterjet cutting CHM: chemical milling EBM: electron beam machining EDM: electro-discharge machining LBM: laser beam machining PAM: plasma arc machining USM: ultrasonic machining

118 MMC processing solid-state processing: suitable for composite with large surface area of high energy solid-gas interface, e.g. matrix in particle or fail form. diffusion bonding: using foil matrix Fig 3.1 e.g. Ti, Ni, Cu, Al reinforced with boron power metallurgy: using particle materials, suitable for particle or whisker reinforced composites, Vf < 25% co-extrusion, drawing limited to ductile reinforcement and matrix

119 Diffusion bonding

120 MMC Liquid State processes I Liquid pressure forming (LPF) including the Cray process similar to RTM with molten metal fed into an evacuated fibre-filled mould from below by pressure. gases and volatiles vented from mould top. high pressures atm for Saffil preforms 70 atm for 50 v/o carbon fibre high clamping loads, massive dies for heat retention long solidification times.

121 Liquid Melt Infiltration on Preform