Kompozitler, Kompozit Parça İmalatı

Basitçe tanımlanacak olursa, KOMPOZİTLER veya KOMPOZİT MALZEMELER, farklı fiziksel veya kimyasal özelliklere sahip iki veya daha fazla malzemeden oluşan ancak birleştirildiklerinde, kurucu malzemelerden farklı bir malzeme haline gelen malzemelerdir. Bileşen malzemelerin yapı içinde ayrı ve farklı kaldıklarına dikkat çekmeliyiz. Kompozit malzeme üretiminde amaç, bileşenlerinden daha üstün ve her bileşenin istenen özelliklerini birleştiren bir ürün elde etmektir. Örnek olarak; mukavemet, düşük ağırlık veya daha düşük fiyat, bir kompozit tasarlamanın ve üretmenin arkasındaki motivasyon olabilir. Sunduğumuz kompozit türleri, partikül takviyeli kompozitler, seramik matris / polimer matris / metal matris / karbon-karbon / hibrit kompozitler dahil fiber takviyeli kompozitler, yapısal ve lamine ve sandviç yapılı kompozitler ve nanokompozitlerdir.

 

Kompozit malzeme imalatında uyguladığımız üretim teknikleri şunlardır: Pultrüzyon, prepreg üretim süreçleri, gelişmiş elyaf yerleştirme, filament sarma, özel elyaf yerleştirme, fiberglas sprey yerleştirme işlemi, tafting, lanksit işlemi, z-pinning.
Birçok kompozit malzeme, sürekli olan ve diğer fazı çevreleyen matris olmak üzere iki fazdan oluşur; ve matris tarafından çevrelenen dağınık faz.
için buraya tıklamanızı öneririz.AGS-TECH Inc.
Bu, aşağıda size sağladığımız bilgileri daha iyi anlamanıza yardımcı olacaktır. 

 

• PARÇACIK TAKVİYELİ KOMPOZİTLER : Bu kategori iki türden oluşur: Büyük parçacıklı kompozitler ve dispersiyonla güçlendirilmiş kompozitler. Önceki tipte, parçacık-matris etkileşimleri atomik veya moleküler düzeyde ele alınamaz. Bunun yerine sürekli ortam mekaniği geçerlidir. Öte yandan, dispersiyonla güçlendirilmiş kompozitlerde parçacıklar genellikle onlarca nanometre aralığında çok daha küçüktür. Büyük parçacıklı kompozitin bir örneği, dolgu maddelerinin eklendiği polimerlerdir. Dolgu maddeleri malzemenin özelliklerini iyileştirir ve polimer hacminin bir kısmını daha ekonomik bir malzeme ile değiştirebilir. İki fazın hacim fraksiyonları kompozitin davranışını etkiler. Büyük parçacıklı kompozitler metaller, polimerler ve seramiklerle birlikte kullanılır. CERMETS, seramik / metal kompozit örnekleridir. En yaygın sermetimiz semente karbürdür. Kobalt veya nikel gibi bir metal matrisindeki tungsten karbür parçacıkları gibi refrakter karbür seramikten oluşur. Bu karbür kompozitler, sertleştirilmiş çelik için kesme aletleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Sert karbür partiküller kesme işleminden sorumludur ve toklukları sünek metal matris tarafından arttırılır. Böylece her iki malzemenin avantajlarını tek bir kompozitte elde ederiz. Kullandığımız büyük partiküllü bir kompozitin diğer bir yaygın örneği, yüksek gerilme mukavemeti, tokluk, yırtılma ve aşınma direncine sahip bir kompozit elde etmek için vulkanize kauçuk ile karıştırılmış karbon siyahı partiküllerdir. Dağılımla güçlendirilmiş bir kompozitin bir örneği, çok sert ve inert bir malzemenin ince parçacıklarının düzgün dağılımı ile güçlendirilmiş ve sertleştirilmiş metaller ve metal alaşımlarıdır. Alüminyum metal matrisine çok küçük alüminyum oksit pulları eklendiğinde, geliştirilmiş yüksek sıcaklık dayanımına sahip sinterlenmiş alüminyum tozu elde ederiz. 

 

• ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİTLER : Bu kompozit kategorisi aslında en önemlisidir. Hedef, birim ağırlık başına yüksek mukavemet ve sertliktir. Bu kompozitlerdeki lif bileşimi, uzunluğu, yönelimi ve konsantrasyonu, bu malzemelerin özelliklerini ve kullanışlılığını belirlemede kritik öneme sahiptir. Kullandığımız üç grup elyaf vardır: bıyık, elyaf ve teller. Bıyıklar çok ince ve uzun tek kristallerdir. En sağlam malzemeler arasındadırlar. Bazı örnek tüy malzemeleri grafit, silikon nitrür, alüminyum oksittir.  FIBERS ise çoğunlukla polimer veya seramiktir ve polikristal veya amorf haldedir. Üçüncü grup, nispeten büyük çaplara sahip olan ve sıklıkla çelik veya tungstenden oluşan ince TELLERDİR. Tel takviyeli kompozitin bir örneği, kauçuk içinde çelik tel içeren araba lastikleridir. Matris malzemesine bağlı olarak aşağıdaki kompozitlere sahibiz:
POLİMER MATRİS KOMPOZİTLERİ : Bunlar, takviye maddesi olarak bir polimer reçinesi ve liflerden yapılmıştır. Bunların Cam Elyaf Takviyeli Polimer (GFRP) Kompozitler olarak adlandırılan bir alt grubu, bir polimer matrisi içinde sürekli veya süreksiz cam elyafları içerir. Cam yüksek mukavemet sunar, ekonomiktir, liflere dönüştürülmesi kolaydır ve kimyasal olarak inerttir. Dezavantajları, sınırlı sertlik ve sertlikleri, servis sıcaklıklarının sadece 200 – 300 Santigrat'a kadar çıkmasıdır. Fiberglas, otomotiv gövdeleri ve nakliye ekipmanları, deniz aracı gövdeleri, saklama kapları için uygundur. Sınırlı sertlikleri nedeniyle havacılık ve köprü yapımı için uygun değildirler. Diğer alt grup ise Karbon Elyaf Takviyeli Polimer (CFRP) Kompozit olarak adlandırılır. Burada karbon, polimer matrisindeki fiber malzememizdir. Karbon, yüksek özgül modülü ve gücü ve bunları yüksek sıcaklıklarda tutma kabiliyeti ile bilinir. Karbon fiberler bize standart, orta, yüksek ve ultra yüksek çekme modülleri sunabilir. Ayrıca, karbon fiberler çeşitli fiziksel ve mekanik özellikler sunar ve bu nedenle çeşitli özel uyarlanmış mühendislik uygulamaları için uygundur. CFRP kompozitleri, spor ve eğlence ekipmanları, basınçlı kaplar ve havacılık yapısal bileşenleri üretmek için düşünülebilir. Yine bir başka alt grup olan Aramid Elyaf Takviyeli Polimer Kompozitler de yüksek mukavemetli ve modüllü malzemelerdir. Güç/ağırlık oranları olağanüstü derecede yüksektir. Aramid lifleri ayrıca KEVLAR ve NOMEX ticari isimleriyle de bilinir. Gerilim altında diğer polimerik fiber malzemelerden daha iyi performans gösterirler, ancak sıkıştırmada zayıftırlar. Aramid lifleri tok, darbeye dayanıklı, sürünme ve yorulmaya karşı dirençli, yüksek sıcaklıklarda kararlı, güçlü asitler ve bazlar dışında kimyasal olarak inerttir. Aramid elyaflar, spor malzemeleri, kurşun geçirmez yelekler, lastikler, ipler, fiber optik kablo kılıflarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer fiber takviye malzemeleri mevcuttur ancak daha az derecede kullanılmaktadır. Bunlar esas olarak bor, silisyum karbür, alüminyum oksittir. Öte yandan polimer matris malzemesi de kritiktir. Polimer genellikle daha düşük bir erime ve bozunma sıcaklığına sahip olduğundan, kompozitin maksimum hizmet sıcaklığını belirler. Polimer matris olarak polyesterler ve vinil esterler yaygın olarak kullanılmaktadır. Reçineler de kullanılır ve mükemmel nem direncine ve mekanik özelliklere sahiptirler. Örneğin poliimid reçinesi yaklaşık 230 Santigrat dereceye kadar kullanılabilir. 
METAL MATRİS KOMPOZİTLERİ : Bu malzemelerde sünek metal matris kullanıyoruz ve servis sıcaklıkları genellikle bileşenlerinden daha yüksektir. Polimer matrisli kompozitlerle karşılaştırıldığında, bunlar daha yüksek çalışma sıcaklıklarına sahip olabilir, yanıcı olmayabilir ve organik sıvılara karşı daha iyi bozunma direncine sahip olabilir. Ancak daha pahalıdırlar. Bıyıklar, parçacıklar, sürekli ve süreksiz lifler gibi takviye malzemeleri; ve bakır, alüminyum, magnezyum, titanyum, süper alaşımlar gibi matris malzemeleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Örnek uygulamalar, alüminyum oksit ve karbon fiberlerle güçlendirilmiş alüminyum alaşımlı matristen yapılmış motor bileşenleridir. 
SERAMİK-MATRİSLİ KOMPOZİTLER : Seramik malzemeler olağanüstü iyi yüksek sıcaklık güvenilirliği ile bilinir. Ancak çok kırılgandırlar ve kırılma tokluğu için düşük değerlere sahiptirler. Bir seramiğin partiküllerini, liflerini veya kıllarını diğerinin matrisine gömerek daha yüksek kırılma tokluğuna sahip kompozitler elde edebiliyoruz. Bu gömülü malzemeler temel olarak, çatlak uçlarını saptırmak veya çatlak yüzleri arasında köprüler oluşturmak gibi bazı mekanizmalarla matris içinde çatlak yayılmasını engeller. Örnek olarak, SiC bıyıkları ile güçlendirilmiş alüminalar, sert metal alaşımlarını işlemek için kesici takım uçları olarak kullanılır. Bunlar, semente karbürlere kıyasla daha iyi performanslar ortaya çıkarabilir.  
KARBON-KARBON KOMPOZİTLERİ : Hem takviye hem de matris karbondur. 2000 Santigratın üzerindeki yüksek sıcaklıklarda yüksek çekme modülleri ve dayanımları, sürünme direnci, yüksek kırılma toklukları, düşük termal genleşme katsayıları, yüksek termal iletkenlikleri vardır. Bu özellikler onları termal şok direnci gerektiren uygulamalar için ideal kılar. Bununla birlikte, karbon-karbon kompozitlerinin zayıflığı, yüksek sıcaklıklarda oksidasyona karşı savunmasız olmasıdır. Tipik kullanım örnekleri, sıcak presleme kalıpları, gelişmiş türbin motoru bileşenleri imalatıdır. 
HİBRİT KOMPOZİTLER : İki veya daha fazla farklı tip lifin tek bir matriste karıştırılmasıdır. Böylece, özelliklerin bir kombinasyonu ile yeni bir malzeme uyarlanabilir. Bir örnek, hem karbon hem de cam fiberlerin bir polimerik reçineye dahil edilmesidir. Karbon fiberler düşük yoğunluklu sertlik ve mukavemet sağlar ancak pahalıdır. Öte yandan cam ucuzdur ancak karbon liflerinin sertliğinden yoksundur. Cam-karbon hibrit kompozit daha güçlü ve daha sağlamdır ve daha düşük maliyetle üretilebilir.
ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİTLERİN İŞLENMESİ : Aynı yönde yönlendirilmiş, düzgün dağılmış elyaflara sahip sürekli elyaf takviyeli plastikler için aşağıdaki teknikleri kullanıyoruz.
PULTRÜZYON: Sürekli uzunluklarda ve sabit kesitlerde çubuklar, kirişler ve borular üretilir. Kesintisiz elyaf fitilleri, ısıyla sertleşen bir reçine ile emprenye edilir ve arzu edilen bir şekle önceden şekillendirilmek üzere çelik bir kalıptan çekilir. Ardından, nihai şeklini elde etmek için hassas işlenmiş bir kürleme kalıbından geçerler. Kürleme kalıbı ısıtıldığı için reçine matrisini sertleştirir. Elcikler malzemeyi kalıplardan çeker. Yerleştirilen içi boş çekirdekler kullanarak borular ve içi boş geometriler elde edebiliyoruz. Pultrüzyon yöntemi otomatiktir ve bize yüksek üretim oranları sunar. Her uzunlukta ürün üretilebilir. 
PREPREG ÜRETİM SÜRECİ : Prepreg, kısmen kürlenmiş polimer reçine ile önceden emprenye edilmiş sürekli elyaf takviyesidir. Yapısal uygulamalar için yaygın olarak kullanılır. Malzeme bant şeklinde gelir ve bant olarak gönderilir. Üretici bunu doğrudan kalıplar ve herhangi bir reçine eklemeye gerek kalmadan tamamen kürler. Prepregler oda sıcaklığında sertleşme reaksiyonlarına girdiğinden 0 Santigrat veya daha düşük sıcaklıklarda depolanır. Kullanımdan sonra kalan bantlar düşük sıcaklıklarda saklanır. Termoplastik ve termoset reçineler kullanılır ve karbon, aramid ve camdan oluşan takviye lifleri yaygındır. Prepregleri kullanmak için, önce taşıyıcı arka kağıt çıkarılır ve daha sonra prepreg bandının aletli bir yüzey üzerine serilmesiyle fabrikasyon gerçekleştirilir (yayma işlemi). İstenen kalınlıkları elde etmek için birkaç kat döşenebilir. Sık uygulama, çapraz kat veya açılı kat laminat üretmek için fiber oryantasyonunu değiştirmektir. Son olarak kür için ısı ve basınç uygulanır. Prepregleri kesmek ve yerleştirmek için hem elle işleme hem de otomatik işlemler kullanılır.
FILAMENT SARMA : Sürekli güçlendirici lifler, içi boş bir  ve genellikle silindirik bir şekli takip etmek için önceden belirlenmiş bir modelde doğru bir şekilde konumlandırılır. Elyaflar önce reçine banyosundan geçer ve daha sonra otomatik bir sistemle mandrel üzerine sarılır. Birkaç sarım tekrarından sonra istenilen kalınlıklar elde edilir ve kürleme oda sıcaklığında veya fırın içinde gerçekleştirilir. Şimdi mandrel çıkarılır ve ürün kalıptan çıkarılır. Filament sarma, lifleri çevresel, sarmal ve kutupsal desenlerde sararak çok yüksek mukavemet-ağırlık oranları sunabilir. Borular, tanklar, muhafazalar bu teknik kullanılarak üretilir. 

 

• YAPISAL KOMPOZİTLER : Genellikle hem homojen hem de kompozit malzemelerden oluşurlar. Bu nedenle, bunların özellikleri, bileşenlerinin kurucu malzemeleri ve geometrik tasarımı tarafından belirlenir. İşte başlıca türler:
LAMİNAR KOMPOZİTLER : Bu yapı malzemeleri, tercih edilen yüksek mukavemetli yönlere sahip iki boyutlu levha veya panellerden yapılır. Katmanlar istiflenir ve birbirine yapıştırılır. İki dik eksende yüksek mukavemetli yönleri değiştirerek, iki boyutlu düzlemde her iki yönde de yüksek mukavemete sahip bir kompozit elde ederiz. Katmanların açılarını ayarlayarak, tercih edilen yönlerde mukavemete sahip bir kompozit üretilebilir. Modern kayak bu şekilde üretilir. 
SANDVİÇ PANELLER : Bu yapısal kompozitler hafiftir ancak yine de yüksek sertlik ve mukavemete sahiptir. Sandviç paneller, alüminyum alaşımları, fiber takviyeli plastikler veya çelik gibi sert ve güçlü bir malzemeden yapılmış iki dış levhadan ve dış levhalar arasında bir çekirdekten oluşur. Çekirdeğin hafif olması ve çoğu zaman düşük bir esneklik modülüne sahip olması gerekir. Popüler çekirdek malzemeler sert polimerik köpükler, ahşap ve peteklerdir. Sandviç paneller, inşaat sektöründe çatı kaplama malzemesi, zemin veya duvar malzemesi olarak ve ayrıca havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.  

 

• NANOKOMPOZİTLER : Bu yeni malzemeler, bir matris içine gömülü nano boyutlu parçacık parçacıklarından oluşur. Nanokompozitleri kullanarak, kauçuk özelliklerini değiştirmeden korurken hava penetrasyonuna karşı çok iyi bariyerler olan kauçuk malzemeler üretebiliriz.