Development of a composites manufacturing process to manufacture high quality composite laminates: Pressurized VARTM
Yüksek kaliteli kompozit plakaların imalatı için basınçlı VARTM imal usulünün geliştirilmesi
- Tez No: 461784
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERCÜMENT MURAT SÖZER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Although vacuum-assisted transfer molding (VARTM) is preferred for manufacturing medium to large composite parts due to its simple tooling and low operational cost, part quality dictated by dimensional tolerances, void content and mechanical properties is usually low due to inherent limitations of the process. In this study, the conventional VARTM process was modified and an alternative process for manufacturing of high quality composite laminates was developed by (i) heating a mold to enable the utilization of a high temperature resin system (EPON 862), and (ii) external pressurization of the mold to increase fiber volume fraction and improve mechanical properties. During post-filling stage, various levels of pressure were applied in a pressure chamber mounted on top of the mold and effect of external pressurization on laminates made of various number of plies was investigated. It was observed that pressurized and heated VARTM led to laminates with less than 1% void content in all laminates manufactured under various external pressure levels. In addition, up to 25% and 13% increase in fiber volume fraction and flexural strength were achieved, respectively. Microstructural analyses, dry and wet compaction characterization of 8-harness satin woven fabric were carried out to understand the void morphology and compaction characteristics of the fabric. Moreover, the applicability of pressurized VARTM was studied by using another resin type (PRO-SET INF 114) which was processed at low temperatures. It was observed that fiber volume fraction increased similarly to that of EPON laminates and void content of laminates was below 1%. This epoxy resin system had high viscosity which yielded to long mold filling times in conventional VARTM. The pressure chamber was vacuumed at a certain pressure to relax the fabric and increase its permeability which significantly enhanced the resin flow and shortened the mold filling time by 48%. It was concluded that pressurized VARTM could also be implemented to low temperature resins with high viscosity to (i) enhance resin flow, (ii) increase fiber volume fraction, (iii) achieve low void content, and (iv) assure uniform thickness distribution.
Benzer Tezler
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- Novel cochlear electrode array development using microfabrication techniques
Mikrofabrikasyon teknikleri kullanılarak yenilikçi koklear elektrot dizini geliştirilmesi
GÜLÇİN ŞEFİYE AŞKIN
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLSAY SÜMER
- Investigation of mechanical properties of I beam composites developed with 3D woven fabric
3B dokuma kumaş ile geliştirilen I kiriş kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
MELİSA DİNÇER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Development of brazing process in ceramic matrix composites for in-space applications
Uzay uygulamalarında kullanılan seramik matrisli kompozitlerin sert lehimleme proseslerinin geliştirilmesi
EBRAR ÖZBEK EKİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER SERDAR ÖZGEN
- Material properties of thermoplastic matrix carbon fiber reinforced high performance composites using automated fiber placement
Termoplastik bazlı karbon fiber ile güçlendirilmiş ve otomatik fiber yerleştirme ile serilmiş kompozit malzemelerin malzeme özelliklerinin incelenmesi
HATİCE AKÇAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. MOHAMMADREZA NOFAR
