close

Enter

Log in using OpenID

1403 KB

embedDownload
İsmail Durgun, Onur Vatansever, Rukiye Ertan, Nurettin Yavuz
MAKALE
OTOMOTİV SEKTÖRÜNDE KULLANILAN KOMPOZİT
PARÇA İMALAT YÖNTEMLERİNİN DENEYSEL OLARAK
KARŞILAŞTIRILMASI
İsmail Durgun*
Dr.,
TOFAŞ AR-GE, Bursa
[email protected]
Onur Vatansever
Uludağ Üniversitesi,
Makine Mühendisliği Bölümü,
Bursa
[email protected]
Rukiye Ertan
Yrd. Doç., Dr.,
Uludağ Üniversitesi,
Otomotiv Mühendisliği Bölümü,
Bursa
[email protected]
Nurettin Yavuz
ÖZET
Günümüzde lüks araçlar hariç otomobil imalatında karbon fiber kompozit parça kullanımı sınırlı seviyededir. Fakat elektrikli araç üretimindeki artış, üreticileri kompozit parça kullanımı konusunda
zorlamaktadır. Kompozit parça üretiminde kullanılan üretim yöntemleri parçanın mekanik ve fiziksel
özellikleri üzerinde büyük etkiye sahiptir. Bu bakımdan beklentilerin doğru bir şekilde karşılanması
için malzeme kombinasyonu kadar uygun üretim şeklinin seçimi de önemlidir. Bu çalışmada kompozit parça üretim yöntemlerinden vakum torbalama ve vakum infüzyon detaylı olarak incelenmiştir. Bu
yöntemler ile karbon elyaf ve epoksi reçine kullanılarak deney plakaları üretilmiştir. Üretilen deney
plakalarından elde edilen numuneler ile çekme ve eğme deneyleri gerçekleştirilmiş ve yöntemler karşılaştırılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Vakum torbalama, vakum infüzyon, karbon elyaf, epoksi
Prof. Dr.,
Uludağ Üniversitesi,
Makine Mühendisliği Bölümü,
Bursa
[email protected]
EXPERIMENTAL COMPARISON OF COMPOSITE PART
MANUFACTURING PROCESSES USED IN AUTOMOTIVE INDUSTRY
ABSTRACT
Nowadays, carbon fiber component usage is limited except for luxurious vehicles. But, the increase
of electricity vehicle manufacturing obliges producers to use composite components. The methods
used in producing composite parts have big effects on mechanical and physical properties. Therefore,
selection of the method is important as material combination to meet the expectations correctly. In
this study, composite manufacturing methods vacuum bagging and vacuum infusion have been examined. Through these methods, using carbon fiber and epoxy resin, test plates have been produced.
The tensile and bend tests have been done with the test specimens and manufacturing methods have
been compared.
Keywords: Vacuum bagging, vacuum infusion, carbon fiber, epoxy
İletişim yazarı
*
Geliş tarihi
: 21.01.2014
Kabul tarihi
: 14.02.2014
Durgun, İ., Vatansever, O., Ertan, R., Yavuz, N. 2014. “Otomotiv Sektöründe Kullanılan Kompozit Parça İmalat Yöntemlerinin Deneysel Olarak Karşılaştırılması,” Mühendis ve
Makina, cilt 55, sayı 649, s. 58-63.
Cilt: 55
Sayı: 649
58 Mühendis ve Makina
O
sayede hava kabarcıklarından arınmış bir katmanlı yapı imalatı mümkün olmaktadır. Ayrıca vakum uygulaması sayesinde
reçinenin bütün katmanlar içine tam olarak nüfuz etmesi sağlanabilmekte ve bu sayede tüm bölgelerin reçine ile ıslatılmış
olması garanti edilebilmektedir. [3].
1. GİRİŞ
tomotiv, havacılık, uzay ve savunma gibi endüstrideki hızlı teknolojik gelişim ve artan rekabet, yüksek performansa sahip ürünlerin tasarlanmasına, bu
durumda da hafif ve yüksek mukavemetli malzemelerin gerekli kılmıştır. Bu ihtiyaca cevap vermek üzere, 1950 yılından
itibaren kompozit malzemeler üretilmeye başlanılmış ve gün
geçtikçe kullanım alanları giderek yaygınlaşmıştır [1].
Vakum torbalama için gerekli adımlar şunlardır;
• Üretilecek parçanın kalıbı hazırlanır.
• Kalıp önce işlemlere ait atık ve kalıntılardan temizlenir.
Kompozit malzemelerin tarihsel gelişimine bağlı olarak otomotiv sektöründe de kompozit malzemeler hızla metal esaslı
malzemelerin yerini almıştır. Bunun başlıca nedeni kompozit
malzemeler kullanımından doğan, metal esaslı malzemelere
nazaran ağırlığının daha düşük olmasından kaynaklanmıştır.
Araçlarda yakıt tasarrufu, ivmelenme, doğayı daha az kirletme konuları çok önemli konular olduğundan araçları nasıl
daha hafif hale getirebiliriz konusu hiç bir zaman önemini
yitirmeyecektir [2].
• Kalıp yüzeyine iki kat kalıp ayırıcı ince bir tabaka halinde
sürülür.
• Kalıp ayırıcı sürülmüş yüzeye bir kat jelkot sürülür.
• Hazırlanan reçine karışımı ilk kat olarak kalıbın yüzeyine
sürülür.
• Elyaf kumaş reçine üzerine yatırılır ve üzerine fırça yardımı ile reçine sürülür. Bu işlem kaç kat takviye malzemesi
varsa o kadar devam eder.
Kompozit malzemeden yapısal sistemlerin üretilmesi için çok
çeşitli üretim metotları mevcuttur. Bu üretim metotlarından
bazıları çok ciddi üretim maliyetleri gerektirmektedir. Örneğin lif sargılama yöntemi ile kompozit yapı üretimi, otoklav
kullanarak kompozit malzemeden yapısal sistem üretimi, ya
da pultrüzyon uygulaması ile üretim altyapısı gerektiren ve
teknik olarak da uygulamaları zor olan üretim yöntemleridir.
Ancak bazı kompozit üretim yöntemleri ise, az bir altyapı maliyeti ile kolaylıkla uygulanabilir hale getirilebilmektedir. Örneğin, vakum torbalama yöntemi ile kompozit malzemeden
yapısal sistemlerin üretilmesi çok sık uygulanan ve maliyet
etkin bir üretim metodudur [3].
• Elyaf kumaşının üzerine pürüzlülük katmanı ve delikli
naylon yerleştirilir.
Literatürde karbon fiber içerikli kompozit malzemeler konusunda yapılan çalışmaların sayısı sınırlı olmakla birlikte genellikle karbon fiberin örgü şekli ve kullanılan reçine tipinin
mekanik özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır [4], [5].
• Reçine emildikten sonra vakum kesilir ve parça kürleşmeye bırakılır.
• Delikli naylonun üzerine de hava çıkışını sağlayan ve fazla
reçineyi tutmaya yarayan bir kumaş yerleştirilir.
• Kalıbın kenarlarına çift taraflı bantlar yapıştırılır.
• En son olarak da vakum torbası sistem hava almayacak şekilde bantların üzerine yerleştirilir.
• Vakum hortumları sisteme bağlanır.
• Daha sonra bir vakum pompasından faydalanılarak vakumlama işlemi başlatılır ve reçinenin elyaf kumaş tarafından
tamamen emilmesi sağlanır.
• Parça kürleştikten sonra kalıptan çıkarılır.
Bu çalışmada otomotiv sektöründe parça
üretiminde kullanılan vakum torbalama ve
vakum infüzyon metotları incelenmiş. Üretilen deney numuneleri ile yapılan testler ile
de yöntemler karşılaştırılmıştır.
2. VAKUM TORBALAMA
Vakum torbalama üretim tekniği esas itibari ile lifli kompozit kumaş malzemenin bir
kalıp içerisine elle yatırılması ve reçinenin
elle kalıp içine dağıtılması sürecinden sonra devreye alınan bir uygulamadır. Vakum
torbalamadaki negatif basınç uygulaması,
kompozit kumaş ve reçine arasındaki havanın dışarı çekilmesini sağlamakta ve bu
Vakum
Pompası
Vakum Basınç
Göstergesi
Reçine Emici
Katman
Vakum
Pompası
Pürüzlülük
Katmanı
Çift Taraflı
Bant
Delikli Film
Kalıp
Kumaş Tabakası
Şekil 1. Vakum Torbalama Prosesi
Mühendis ve Makina
55
59 Cilt:
Sayı: 649
Otomotiv Sektöründe Kullanılan Kompozit Parça İmalat Yöntemlerinin Deneysel Olarak Karşılaştırılması
3. VAKUM İNFÜZYON
Vakumlanmış ortam içerisinde reçinenin ilerlemesi prensibiyle çalışan bu yöntemde, imalat hazırlıkları tamamlanmış ürünün el değmeden üretimi amaçlanmaktadır. Vakum infüzyon
prosesi, vakum pompası, vakum tankı (reçine toplama tankı),
kalıp ve reçine kovası olmak üzere 4 kısımdan oluşur [6].
Vakum infüzyon ile malzeme üretim aşamaları;
• Kalıp yüzeyinde çizik, toz ya da yağ türü yabancı maddeler
bulunmamalı ve kalıp daha önce kullanılmışsa üzerindeki
kalıp ayırıcı kalıntılarından da arındırılmalıdır.
• Temizlenen kalıp yüzeyine kalıp ayırıcı uygulanır.
• Çalışma ortamına uygun seçilmiş jel kot fırça veya püskürtme ile yüzeye uygulanır.
• Üst üste takviye malzemeleri (cam elyaf, karbon elyaf,…)
konulur, aralarına kaymamaları için yapıştırıcı püskürtülür. Takviye malzemelerin kenarları kalıba uygun olarak
kesilir.
• Yüzey pürüzlülüğünü sağlayan katman (Peel Ply) tüm kalıp üzerine serilir ve yapıştırıcı ile takviye malzemelerinin
üzerine yapıştırılır.
• Kalıbın çevresine göre reçine hatları ve vakum hatları
ayarlanır, infüzyon macunu kalıbın etrafını çevreleyecek
şekilde yapıştırılır ve vakum tankları hatlara bağlanır.
İsmail Durgun, Onur Vatansever, Rukiye Ertan, Nurettin Yavuz
madığı vakum göstergesi ve kaçak dedektörü ile kontrol
edilir.
• Reçine geçişini sağlayacak portlar düzenek üzerine bağlanır.
• Gerekli reçine miktarı hazırlanır, bu miktar hazırlanırken
hortum içinde kalacak reçine de hesap edilmelidir. Reçineye gerekli katkı maddeleri eklenir ve karıştırılır.
• Hortumlar portlara takılarak reçine akışına başlanır. Kalıbın her noktası reçine ile ıslanana kadar işleme devam
edilir. En son kalıbın köşe noktaları ıslanır. Tüm noktalar
ıslandıktan sonra tüm reçine besleme hatları klemp ile kapatılır.
• Parça, vakum altında tamamen sertleşene kadar tutulur.
Sızdırmaz bant ayrılarak, önce torba kalıptan sökülür ve
reçine akış hatları temizlenir. Daha sonra parça kalıptan
çıkarılır.
a) Şekil 4. Plaka üretimleri, a) Vakum İnfüzyon b) Vakum Torbalama
b)
4. NUMUNE HAZIRLAMA
Çekme ve eğme deneylerinde kullanılacak numunelerin genişlik ve uzunluk ölçüleri plastik malzemeler için çekme
standardı olan ISO 527-2 ve eğme standardı olan ISO 178’e
göre belirlenmiştir (Şekil 3). 5 adet çekme numunesi ve 5 adet
• Kumaşın üzerine delikli bir tabaka yerleştirilir.
• Vakum torbası kalıp üzerine yeterli derecede baskı yapabilmesi için kalıba göre kesilir, özellikle derin kalıplarda
elyaf yüzeyine tam olarak basması gerektiğinden derinlik
hesaba katılarak kesilmelidir. Kesildikten sonra infüzyon
macunu ile kalıp etrafına sızdırmaz şekilde yapıştırılır.
Şekil 5. Üretimi Tamamlanmış ve Kesilmiş Plakalar
eğme numunesi elde edilebilecek plaka boyutları da 130 mm
x 245 mm olarak belirlenmiştir.
• Vakum infüzyon düzeneğine vakum göstergesi bağlanır ve
vakum pompası açılır. Vakum torbasında kaçak olup ol-
Sarmal
Borular
a
Vakum Çıkışı
Numuneleri elde etmek için, plaka üretiminde 200 gr/m2 karbon elyaf ve epoksi reçine kullanılmıştır. Bu malzemelerin
kullanımı ile plaka imalatında vakum infüzyon ve vakum torbalama (Şekil 4) yöntemleri kullanılmıştır.
Plaka üretimi gerçekleştirildikten sonra standartlara göre
belirlenen ölçülerde her bir üretim yöntemi ile üretilen plakalardan 5 adet çekme numunesi ve 5 adet eğme numunesi
olmak üzere toplamda 20 adet deney numunesi su jeti ile kesilerek elde edilmiştir.
Çift Taraflı Bant
T- Bağlantıları
5. DENEYLER
Takviye
Reçine Girişi
Kalıp
Şekil 2. Vakum İnfüzyon Prosesi [6]
Cilt: 55
Sayı: 649
60 Mühendis ve Makina
b
Şekil 3. Deney Numuneleri, a) Çekme Deneyi b) Üç Nokta Eğme Deneyi
Çekme deneyi, malzemelerin statik yük altındaki mekanik
özelliklerini belirlemek ve malzemelerin özelliklerine göre
sınıflandırılmasını sağlamak amacıyla uygulanan bir mekanik deneydir. Bu deney, mekanik özellikleri belirlemek
amacıyla bir deney parçasının, genellikle kopuncaya kadar,
gerilmesini kapsar. Çekme deneyi ile; elastisite modülü (E),
elastiklik sınırı, akma gerilmesi, çekme dayanımı (maksimum gerilme), uzama (%) ve kesit daralması (%) gibi özellikler belirlenebilir [6].
Eğme deneyinde ise eğilen bir çubuğa etkiyen yük ve elastik
deformasyon arasındaki ilişkiyi göstermek amaçlanır. Sabit
veya değişken yükleme şartlarında, elastik deformasyon sahasında çubuğun dayandığı maksimum eğilme yükü bulunur.
Bir çubuk, eğme yüküne maruz bırakıldığında, elastiklik modülünün ve kesit atalet momentinin etkisi belirmeye başlar.
Eğme deneyi, iki mesnet üzerine yerleştirilmiş ve konsantre
bir kuvvetle yüklenmiş bir çubuğu inceler. Deney yapılırken, çubuğun maksimum izin verilebilir yükünün bilinmesi
önemlidir. Şayet malzemenin akma gerilmesi (σak) aşılırsa,
çubuk kalıcı olarak deforme olacak ve artık kullanım için uygun olmayacaktır. Maksimum eğme gerilmesi (σemaks), çubuğun merkezinde (ortasında) meydana gelir [7].
Üretimi gerçekleştirilen numuneler Zwick/Roell Z010 marka
cihazda çekme ve eğme deneylerinde (Şekil 6) kullanılmışlardır.
Mühendis ve Makina
55
61 Cilt:
Sayı: 649
Otomotiv Sektöründe Kullanılan Kompozit Parça İmalat Yöntemlerinin Deneysel Olarak Karşılaştırılması
a)
b)
Şekil 6. Deney Sırasında Çekilmiş Fotoğraflar: a) Çekme Deneyi b) Eğme Deney
İsmail Durgun, Onur Vatansever, Rukiye Ertan, Nurettin Yavuz
6. SONUÇLAR
TEŞEKKÜR
Bu çalışmada vakum torbalama ve vakum infüzyon yöntemiyle üretilen karbon elyafı-epoksi reçine esaslı kompozit
malzemelerin mekanik özelliklerini karşılaştırmak amacıyla
çekme ve üç nokta eğme testleri yapılmıştır. Elde edilen test
sonuçları Şekil 7’de üretim yöntemine bağlı olarak gösterilmiştir.
Bu çalışmanın başlangıcından bitimine kadar geçen süre boyunca çalışmaya desteklerini esirgemeyen Tofaş Ar-Ge birimine teşekkür ederiz.
Maximum çekme gerilmesi açısından karşılaştırıldığında vakum infüzyon yöntemiyle üretilen numunelerin % 2,5 daha
yüksek dayanım sergiledikleri saptanmıştır (Şekil 7-a). Bu
üretim yöntemiyle elde edilen elastisite modülü de vakum
torbalamaya göre %8,2 daha yüksek elde edilmiştir (Şekil
7-b). Vakum infüzyon yönteminde vakum torbalamaya göre
daha az hava boşluğu kaldığı için ürün çok daha sıkı ve rijit
olur. Ayrıca kalınlık değişimi de tüm parça boyunca homojen
olup süreksizliklere daha az rastlanır. Daha az reçine kullanılmasını sağladığı için de daha yoğun ve mukavemeti yüksek
numuneler elde edilir.
Üç nokta eğilme deneyi sonucunda malzemelerin sergiledikleri özellikler çekme deneyleri ile benzer olmuştur (Şekil 7-c)
ve (Şekil 7-d). Vakum infüzyon yöntemi ile üretilen numunelerin vakum torbalamaya göre eğme gerilme değeri %26,7,
eğme modülü ise %15,6 daha yüksek elde edilmiştir. İnfüzyon yönteminde, reçine elyaf içine tam olarak nüfuz ettiğinden dolayı eğme deneyi sonuçları daha yüksek çıkmıştır.
KAYNAKÇA
1.
Türkmen, İ., Köksal, N.S. 2013. “Cam Elyaf Takviyeli Polyester Matrisli Kompozit Malzemelerde (CTP) Elyaf Tabaka
Sayısına Bağlı Mekanik Özelliklerin ve Darbe Dayanımının
İncelenmesi,” C.B.Ü. Fen Bil. Dergisi, s.17-30.
2.
Altınışık, F. 2007. “Doğal Kompozit Malzemelerin Otomotiv Sanayinde Kullanılması,” Yüksek Lisans Tezi, Mersin
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Mersin.
3.
Turgut, T., Kayran, A., Alemdaroğlu, N., Ceylan, M.,
2007. “Vakum Torbalama Yöntemi İle Kompozit Malzemeden Yapı Üretimi Örnek Bir Havacılık Uygulaması,” Mühendis ve Makina, cilt 48, sayı:566, s.1-8.
4.
Ermel, R., Beck, T., Vöhringer, O. 2004. “Mechanical Properties and Microstructure of Carbon Fibre Reinforced Carbon Materials Produced by Chemical Vapour Infiltration,”
Materials Science and Engineering, A 387–389, p. 845–851.
5.
Yu, T., Wu, C.M., Chang, C.Y., Wang, C.Y., Rwei, S.P.
2012. “Effects of Crystalline Morphologies on the Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforcing Polymerized
Cyclic Butylene Terephthalate Composites,” Polymer Letters, vol.6, no.4, p. 318–328.
6.
Genç, Ç. 2006. “Cam Elyaf Takviyeli Plastiklerin Üretim
Yöntemlerinin Deneysel Karşılaştırması,” Yüksek Lisans
Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli.
7.
Yıldızlı, K. 2011. “Çekme/Eğme Deney Föyü,” Basılmamış
kitap taslağı, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü, Samsun.
SEMBOLLER
σak
(a)
(b)
(c)
(d)
: Malzemenin Akma Gerilmesi
σemaks : Maksimum Eğme Gerilmesi
E
: Elastisite Modülü
Şekil 7. Vakum Torbalama ve Vakum İnfüzyon Yöntemiyle Üretilmiş Numunelerin Mekanik Test Sonuçları Üretim Yöntemine Bağlı Olarak (a) Çekme Gerilmesi, (b) Elastisite Modülü, (c) Eğme Gerilmesi ve (d) Eğme Modülü Değişimleri
Cilt: 55
Sayı: 649
62 Mühendis ve Makina
Mühendis ve Makina
55
63 Cilt:
Sayı: 649
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
1 404 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content