An integrated and systematic characterization methodology for vacuum bag only prepregs

Otoklav dısı prosesler için gelistirilen vakum torbalama prepregler, fiber yatagı mimarisi ve reçine sistemi ve proses parametrelerinin uygun bir kombinasyonu yoluyla düsük bosluk içerigi ve reçinenin kuru fiber demetlerine basarılı emdirilmesi gibi birçok açıdan otoklav kalitesinde kompozit yapılar elde edebilir. Öte yandan, maksimum konsolidasyon basıncı atmosferik basınçla sınırlı oldugundan dolayı gözeneklilik ve malzeme içi bosluklar vakum torbalama prosesleri ile ilgili en zorlu konulardır. Bu sorunları gidermek için, vakum torbalama prepregleri nispeten geçirgen hava kanallarını içerecek ve otoklav prepreg sistemlerine kıyasla daha yüksek baslangıç fiber hacmi fraksiyonları sergileyecek sekilde tasarlanmaktadır. Buna ragmen, jellesme öncesi tamamlanmamıs emdirme islemi, nihai parçanın mekanik performansını düsüren boslukların miktarını dogrudan kontrol ettiginden, prepreg sisteminin fiziksel özellikleri, kürlenme islemi sırasında vakum torbalama prepregleri ile üretilen kompozitlerin mikro yapılarının evriminde hala önde gelen parametrelerdir. Kompozit malzemeler, yüksek sertlik ve basarılı güç/agırlık oranı sunarken aynı zamanda üretim ve proses maliyetlerinde önemli düsüsler sagladıgından dolayı son yıllarda havacılık endüstrisinde yaygın kabul görmüstür. Otoklav prosesleri, endüstrinin yüksek güvenlik, yüksek kalite ve tekrar üretilebilirlik gibi gereklilikleri basarıyla yerine getirebildigi için birincil ve ikincil havacılık uygulamaları için yaygın olarak tercih edilmistir. Ancak, düsük maliyetli süreçlerle daha büyük kompozit parçalar üretmek, endüstrinin otoklav-dısı proses arayıslarına yönelmesine neden olmustur. Bu nedenle, VBO prepregleri, düsük bosluk içerigi ve reçinenin basarılı emdirilmesi gibi birçok konuda otoklav kalitesinde kompozitler ile rekabet edebilen yüksek performanslı kompozitler saglamak üzere otoklav-dısı prosesler için gelistirilmistir. Bu, uygun bir elyaf yatagı mimarisi, reçine sistemi ve proses parametreleri kombinasyonu ile mümkündür. Bununla birlikte, maksimum konsolidasyon basıncı atmosferik basınçla sınırlı oldugu için VBO prepreglerinden üretilen kompozitler bosluklara çok daha duyarlıdır. Bu sorunları gidermek için, VBO prepregleri nispeten geçirgen hava kanallarını içerecek ve otoklav prepreg sistemlerine kıyasla daha yüksek baslangıç fiber hacmi fraksiyonlarına sahip olacak sekilde tasarlanmıstır. Bununla birlikte, jellesme öncesi tamamlanmamıs emdirme, nihai parçanın mekanik performansını düsüren boslukların miktarını dogrudan kontrol ettiginden dolayı prepreg sisteminin fiziksel özellikleri, kürlenme prosesi sırasında VBO prepreg mikro yapılarının evriminde hala önde gelen parametrelerdir. Bu nedenle, sistematik ve kapsayıcı bir karakterizasyon metodolojisine hayati bir ihtiyaç vardır. Bu tez, vakum torbalama prepregleri proses modelinin dogrulugunu ve güvenilirligini güçlendirmek için malzeme özellikleri ve yapısal davranıs gibi faktörleri sistematik olarak karakterize eden bir metodoloji olusturmayı amaçlamaktadır. Bu amaca ulasmak için reçine ve prepreg sisteminin temel özelliklerini karakterize eden bir sistematik gelistirilmistir. Bu yaklasım, ticari bir VBO prepreg sisteminin özelliklerini ve proses parametrelerini karakterize etmek için de uygulanmıstır. Bu nedenle, reçine sisteminin kürlenmeye baglı özellikleri, birkaç grup yarı-deneysel fenomenolojik modeller aracıgılıyla karakterize edilmistir. Ardından, ilk fiber mimarisi, bosluk içerigi degisimi, prepreg sisteminin fiber hacim fraksiyonu, prepreg laminatlarının x-ışını mikrotomografi taraması setleriyle incelenmistir. Gözenekli ortamın ilk geçirgenlik davranısı, bir hesaplamalı akıskanlar dinamigi analizi ile modellenmistir. Son olarak, bilesenlerin ve bütüncül olarak sistemin özgül ısı kapasitesi ve ısıl iletkenligi, bir dizi deney ve nümerik çalısma ile karakterize edilmistir. Bu yaklasım, OoA teknikleri aracılıgıyla yüksek performanslı kompozitler sunmak için karakterizasyon, modelleme, optimizasyon ve dogrulama yaklasımlarını bütünlestiren bir proses tasarımı olusturmanın temel bir köse tası olarak kabul edilebilir.