ELYAF SARMA PROSESİN GENEL TANIMI
Elyaf sarma yöntemi üstün kalitede yüzeye sahip ürünlerin üretimi açısından bir devrim niteliği taşımaktadır. Takviye malzemesi lişer ve reçineler, dönen bir kalıp yüzeyine veya makinekontrollü geometrik yapıya sahip mandreller üzerine uygulanır.
REÇİNELER
Termoset reçinelerin bir kısmı bu proseste kullanılabilir. En çok kullanılan reçineler :
Genel amaçlı polyesterler: En büyük ticarihacmi olan ve en düşük maliyetle elde edilenre çinelerdir. İzoftalik polyesterler daha iyikimyasal dayanımın istendiği durumlarda, genel amaçlı polyesterler yerine kullanılabilir.
Bisfenol A : Bir çok kimyasala, yüksek sıcaklığa karşı dayanım ve daha yüksek korozyon direnci sağlar.
Vinil Ester Reçine: Kimyasal dayanım, sertlik ve yapısal avantaj sağlayan bir reçine türüdür.
Epoksi reçine: Mükemmel mekanik ve kimyasal dayanım özelliklerine sahiptir. Düşük çekme ve iyi yapışma özellikleri, epoksi reçinelerin yüksek yapısal performans istenilen uygulamalarda başarılı bir şekilde kullanımına imkan verir.
Furanlar: Özellikle organik solventlere karşı üstün kimyasal dayanım gösteririrler. Ancak özel üretim teknikleri kullanılmasını gerektirirler. Elyaf sarma yönteminde genel olarak, mandrel üzerine sarma işlemine başlamadan önce takviye malzemesi reçine havuzundan geçirilir. Bunun mümkün olmadığı durumlarda, (örneğin kırpılmış demetler için) reçine eş zamanlı olarak püskürtülür veya takviye malzemesinin uygulandığı mandrel yüzeyine dökülür. Bazı yüksek performans uygulamalarında reçine, ön ıslatma olarak adlandırılan ayrı bir prosesle elyafa uygulanabilir. Elde edilen ürün “prepreg” veya önceden reçine emdirilmiş ürün olarak adlandırılır. (Detaylı bilgi için prepreg ile ilgili bölüme bakınız). Bu yaklaşım daha yüksek maliyetli olmasına rağmen, reçinenin daha sağlıklı bir şekilde kontrol edilebilmesini sağlar ve karmaşık şekilli ürünlerde elyaf yerleşim esnekliğinin elde edilmesine imkan tanır.
TERMOPLASTİK ESASLI ELYAF SARMA
Termoplastiklerin bu yöntemde kullanımı yaygınlaşmaktadır. Takviye malzemeleri ve reçineler, mandrele sarılabilecek bir şerit oluşturmak amacıyla çeşitli tekniklerle önceden birleştirilir. Bu malzemenin mandrelin bantla temasının sağlandığı noktada ısıtılması integral (bütün) bir yapı elde edilmesini sağlar. Termoplastiklerin bu proseste ekonomik olarak kullanımının mümkün olması için geliştirilmesi gerekmektedir.
TAKVİYE MALZEMELERİ
Her çeşit takviye malzemesi kullanılabilir.Bunlar kontinü demetler, dokunmuş ve tek yönlü şeritler, kırpılmış elyaf, kontinü veya kırpılmış demetten keçeler gibi pek çok farklı yapıdaki takviye malzemesi olabilir. Direk sarma fitilleri en sık kullanılan çeşittir. Hassas yapısal analiz teknikleriyle ürünlerin gerçek kullanım sırasında karşılaşacakları kritik gerilmelerin miktarı ve yönü tanımlanabilmektedir. Takviye malzemelerinin tür, şekil, miktar ve yönlendirme özellikleri değiştirilerek sarılmış filament yapılarının dayanımı belirli bir yönde mukavemet sağlanacak şekilde dizayn edilebilir. Farklı elyaf türlerinden oluşan hibrid takviye sistemlerinin “elyaf sarma” prosesinde kullanımı artmaktadır. Farklı cam elyafı kombinasyonları optimum maliyet ve performans için daha düşük maliyetli lişerin kullanımına imkan tanırken, ihtiyaç duyulduğunda yüksek maliyetli ve yüksek performanslı elyafın kullanımına da olanak sağlamaktadır.
KULLANILAN EKİPMAN
Bu yöntemde üretilen ürüne bağlı olarak bir çok ekipman kullanabilme seçeneği vardır. En basit şekliyle, torna tezgahı olarak tanımlanabilir. Genel prensibi, takviye malzemesinin dönen bir mandrel üzerine belli açılarda sarılması şeklindedir. Belli açılarda hareket eden takviye malzemesi, doğrusal olarak mandreli boydan boya tarar. Değişik açılarda ve çok katlı olarak sarılan cam elyafı takviyeli plastik parça sertleştikten sonra kalıptan çıkartılır. Sarma işlemi, mekanik ve bilgisayar kontrollü olarak yapılabilir. Aşağıda verilen “elyaf sarma” ekipmanın kullanımıda mümkündür:
Sürekli sarıcı: Dönmeyen (sabit) mandreller bir sarma istasyonu arasında hareket eder.
Kutupsal sarma: Mandreller kapalı silindir veya daire oluşturucak şekilde iki eksen üzerinde döner.
Kontinü Sarma: Takviye malzemesi ve reçine kesintisiz boru üretebilen, sonsuz hareket kabiliyetli bir kalıp sistemi üzerine uygulanır.
Örgü sarıcı: Bu yapıyı sağlayan bir çemberden geçirilir.
Kırpma Çemberi: Adından da anlaşıldığı gibi bu bir hibrid prosestir. Büyük boyutlu yapısal uygulamalar için, “püskürtme yöntemi”nin dağılma özellikleri ile “elyaf sarma” yöntemindeki devamlı elyafın özellikleri harmanlanır. Kırpma çemberi, pahalı kumaş kullanımı veya mukavemet sağlamak için kullanılan diğer pahalı yöntemlere gerek duyulmadan,istenilen özelliklerde laminat üretimini daha verimli hale getirir.
EKİPMAN VE KALIPLAR
Otomotiv sektöründe kullanılan makas yayları gibi yüksek teknoloji ürünlerinin elyaf sarma metodu ile üretilmesi için özel makineler geliştirilmiştir. Elyaf sarma yönteminde kullanılan mandrellerin üretiminde çok farklı malzeme ve teknikler kullanılmaktadır. Seri üretimde kullanılacak mandreller çelik levha kullanılarak yapılırken, düşük hacimli üretimler ve prototip parçalar için kontrplak, alüminyum levha gibi malzemeler kullanılmaktadır. Basınçlı tank gibi kapalı ürünler için esnek malzemeden yapılmış ve şişirilebilir mandreller kullanılmaktadır. Bu tür mandreller kalıplama sonunda, söndürülerek parça içinden çıkartılmakta veya ince bir layner olarak ürün bünyesi içinde bırakılmaktadır. Kapalı ürünler ayrıca düşük ısılarda eriyebilen malzemeden dökülmüş mandreller kullanılarak da kalıplanabilmektedir. Kalıplama işlemi tamamlandıktan sonra, ürün ısıtılarak, içindeki mandrel eritilmekte ve dışarıya boşaltılmaktadır. Mandrelin özel olarak ürün içinde bırakıldığı uygulamalarda vardır. Bu tür uygulamalara örnek olarak, otomotiv sektöründe kullanılan şaftlar gösterilebilir. Bu üretimde, lişer bir alüminyum tüp üzerine sarılmakta, tübün ucundaki metalik bağlantı elemanları sayesinde konvansiyonel bağlantılar yapılabilmektedir.
ELYAF SARMA YÖNTEMİNİN AVANTAJLARI
• Özelliklerin tam kontrol altında tutulabilmesi.
• Çeşitli mukavemet değerlerinin elde edilebilir olması.
• İşçilik oranının düşük olması.
• Çok sayıda takviye malzemesi ve reçine seçeneği bulunması.
• Prosesin çok yüksek düzeyde otomasyona uyarlanabilmesi.
• Termoset ve termoplastik kullanımına imkan vermesi.
ELYAF SARMA YÖNTEMİNİN DEZAVANTAJLARI
• Yalnızca eksenel ürünler için kullanılabilmesi.
• Tesis yatırımı gerektirmesi.
• Uçucu organiklerin emisyonu nedeniyle mekanik kontrolleri gerektirmesi.
ELYAF SARMA UYGULAMALARI
Bu yöntemle elde edilen ürünler, bütün büyük pazar sektörlerinde kullanılabilir. Başlıca uygulamalar:
• Petrol ve gaz için tank ve boru ürünleri, kimyasal üretim endüstrisi ve su/atık su arıtması için kullanılan boru ve tanklar
• Tank ve borular için parçalar
• Hava ve gaz basınç hatları
• Uçak yakıt tankları
• Roket motor ve kovan kaplamaları
• Silah ve top namluları
• Gemi/yat direkleri
• Tenis raket çerçeveleri
• Tren vagonları (taşımacılık)
ELYAF SARMA YÖNTEMİNİN GELECEĞİ
Bu yöntem, “elyaf/polimer teknolojisi”nin maksimum fayda ile kullanımını sağlayan bir kompozit üretim yöntemidir. Makine kontrolü ve düşük işçilik özellikleri sayesinde yöntem, yapısal ürünlerin yüksek üretim kapasitesiyle üretilmesini gerektiren uygulamalarda tercih edilir durumdadır. Gelecekte bu yöntemin tamamen bilgisayar kontrollü olacağı öngörülmektedir. Termoplastik reçinelerin elyaf sarma prosesine adaptasyonu üretilen ürün miktarının ve ürün çeşidinin artmasına neden olacaktır. Hibrid takviye sistemleri, üstün yapısal özellikler ve düşük maliyetli yeni uygulama alanları sağlayacaktır. Spesifik, yüksek hacimli uygulamalar için özel olarak üretilmiş makineler bu yöntemin rekabet şansını yükseltecektir. Gerilim sensörleri ve hasarsız test teknikleri sayesinde yüksek yapısal özellikli uygulamaların gerçekleşebileceği beklenmektedir.