Development of a composites manufacturing process to manufacture high quality composite laminates: Pressurized VARTM

Vakum destekli reçine transfer kalıplama (VARTM), basit kalıp ve düşük işletme maliyeti nedeniyle orta ve büyük ölçekli kompozit parçaların imalatında tercih edilen bir imal usulüdür. Fakat bu imal usulünün doğası nedeniyle, boyutsal toleranslar, boşluk oranı ve mekanik özellikler gibi parça kalitesini belirleyen faktörler kısıtlı seviyelerde elde edilebilmektedir. Bu tez çalışmasında, geleneksel VARTM imal usulünde değişiklikler yapılarak, yüksek kaliteli parça imalatı için alternatif bir yöntem geliştirilmiştir. Genellikle oda sıcaklığında ve vakum basıncı ile sınırlanan VARTM'a kıyasla, parçanın elyaf oranını arttırmak ve mekanik özelliklerini iyileştirmek için; (i) kalıbın ısıtılması sayesinde yüksek sıcaklıkta işlenen bir reçine sisteminin (EPON 862) kullanılmasıyla ve (ii) kalıbın dışarıdan basınçlandırılmasıyla, basınçlı VARTM imal usulü geliştirilmiştir. Kalıp dolumu sonrası, kalıbın üzerine yerleştirilen basınç odasına farklı sıkıştırma basıncı seviyeleri uygulanarak, bu uygulamanın farklı sayıda katmanlardan yapılan parçaların özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Isıtılmış kalıpta imal edilen tüm kompozit levhalarda, tüm basınç seviylerinde %1'in altında boşluk oranı elde edilmiştir. Ayrıca, basınçsız üretilen parçalara kıyasla, elyaf oranı %25 yükselirken, eğilme mukavemeti de %13'e kadar artmıştır. Mikro-yapısal incelemeler sonucunda, az miktarda olan boşlukların yapısal özellikleri belirlenmiş ve elyaf liflerinin farklı basınçlardaki sıkışması ölçülmüştür. Ayrıca, elyaf dokumalar üzerinde kuru ve ıslak sıkışma deneyleri yapılarak elyafın sıkışma özellikleri tanımlanmıştır. Bunlara ek olarak, basınçlı VARTM'ın oda sıcaklığı mertebesinde işlenen bir epoksi reçine (PRO-SET INF 114) ile uygulanabilirliği de incelenmiştir. EPON 862 ile üretilen parçalara benzer olarak, elyaf oranı artarken, boşluk oranı da %1'in altında elde edilmiştir. Bu reçine, önceden kullanılan EPON 862 reçinesinden daha yüksek viskoziteye sahip olduğundan, kalıp dolum süresi uzamıştır. Basınç odası vakumlanarak, sıkışmış elyaf rahatlatılımş ve geçirgenliği arttırılarak akış hızlandırılmış, kalıp dolum süresi %48 düşürülmüştür. Sonuç olarak, basınçlı VARTM'ın düşük sıcaklıkta işlenen yüksek viskoziteli reçinelerle uyulanabilirliği; (i) reçine akışı hızlandırılarak, (ii) elyaf oranı arttırılarak, (iii) düşük boşluk oranı ve (iv) düzenli kalınlık dağılımı elde edilerek gösterilmiştir.