Betonarme bir bina düşünün; çimento ve demir çubuklar birleşerek hem basınca hem de çekmeye dayanıklı bir yapı oluşturur. İşte kompozit malzeme üretimi de tam olarak bu mantığa dayanır. İki farklı malzemeyi makro boyutta birleştirerek, ikisinin de tek başına sahip olamayacağı süper özelliklere sahip yeni bir malzeme yaratmak.
Havacılıktan tekne yapımına, rüzgar türbinlerinden tenis raketlerine kadar her yerde kullanılan bu malzemeler laboratuvarda nasıl üretiliyor? Karbon fiber bir parça nasıl şekil alıyor? İşte adım adım kompozit üretim rehberi.
Kompozit üretimini bir yemek tarifine benzetirsek, elimizde daima iki ana malzeme olmalıdır:
Takviye Elemanı (Taşıyıcı): Yükü taşıyan kısımdır. Genellikle Cam Elyaf (Fiberglass), Karbon Fiber veya Aramid (Kevlar) kumaşlar kullanılır.
Matris (Yapıştırıcı/Koruyucu): Elyafları bir arada tutan, yükü onlara dağıtan ve dış etkilerden koruyan plastik kısımdır. Genellikle Epoksi, Polyester veya Vinilester reçineler kullanılır.
Üretimin amacı, bu iki malzemeyi mümkün olan en kusursuz şekilde, hava kabarcığı bırakmadan birleştirmek ve dondurmaktır (kürlemektir).
Kompozit üretiminde tek bir doğru yol yoktur. Üretilecek parçanın sayısına ve istenen kaliteye göre yöntem değişir.
En geleneksel, en ucuz ama en çok işçilik gerektiren yöntemdir. Tekne gövdeleri, modifiye araba tamponları veya hobi projeleri genellikle böyle yapılır.
Nasıl Yapılır? Kalıbın içine elyaf kumaş serilir. Üzerine fırça veya rulo ile sıvı reçine sürülür. Rulo ile bastırılarak reçinenin kumaşa emdirilmesi ve aradaki havanın çıkarılması sağlanır. Sonra donmaya bırakılır.
Daha profesyonel, daha hafif ve sağlam parçalar için kullanılır.
Nasıl Yapılır? Kumaşlar kalıba kuru olarak dizilir. Üzeri hava sızdırmaz bir naylonla (vakum torbası) kapatılır. Bir hortumdan vakum yapılarak içerideki hava emilirken, diğer hortumdan reçine içeri çekilir. Vakum sayesinde reçine tüm kumaşa eşit dağılır ve hiç hava kabarcığı kalmaz.
Otomotiv parçaları gibi seri üretim gereken yerlerde kullanılır.
Nasıl Yapılır? Karşılıklı iki sert kalıp (dişi ve erkek) arasına elyaf yerleştirilir. Kalıp kapatılır ve preslenir. İçeriye basınçla reçine enjekte edilir. Çok hızlı üretim sağlar ve parçanın iki yüzeyi de pürüzsüz çıkar.
Bir kompozit parçayı (örneğin karbon fiber bir plaka) sıfırdan üretmek için izlenen temel adımlar şunlardır:
Ürününüzün yüzey kalitesi, kalıbınızın kalitesiyle aynı olacaktır.
Kalıp yüzeyi temizlenir ve parlatılır.
Ürünün kalıba yapışmaması için "Kalıp Ayırıcı" (Release Agent) wax veya sıvı sürülür. Bu adım atlanırsa ürünü kalıptan çıkaramazsınız, kalıp çöp olur.
Eğer parçanın dış yüzeyinin renkli ve parlak olmasını istiyorsanız, kalıba önce "Jelkot" adı verilen boyalı reçine tabakası sürülür ve hafifçe sertleşmesi beklenir. Karbon fiberin kendi desenini görmek istiyorsanız bu adım atlanır.
Kullanılacak cam elyafı veya karbon fiber kumaşlar, kalıbın şekline uygun olarak makas veya özel bıçaklarla kesilir. Genellikle dayanıklılık için birden fazla katman (layer) üst üste konulur.
Epoksi veya polyester reçine, sertleştiricisi (hardener) ile belirli bir oranda karıştırılır. Bu kimyasal reaksiyonu başlatır. Karışım hazırlandıktan sonra donmadan kullanmak için sınırlı bir süreniz vardır (buna "Kap Ömrü" denir).
Seçilen yönteme göre (el yatırması veya vakum) reçine elyaflara emdirilir. Amaç, kuru hiçbir nokta bırakmamak ve lifler arasındaki mikroskobik hava kabarcıklarını yok etmektir.
Reçine jelleşmeye ve sertleşmeye başlar. Oda sıcaklığında beklenebileceği gibi, endüstriyel üretimde Otoklav adı verilen fırınlarda yüksek ısı ve basınç altında pişirilerek çok daha sağlam hale getirilebilir.
Parça tamamen sertleştikten sonra kalıptan dikkatlice ayrılır. Kenarlardaki fazlalıklar (çapaklar) kesilir, zımparalanır ve gerekirse verniklenerek son hali verilir.
Kompozit malzeme üretimi, kimya ile el işçiliğinin birleştiği bir sanattır. Doğru malzeme seçimi kadar, üretim sırasındaki sıcaklık, nem ve işçilik kalitesi de sonucu etkiler. Bugün bindiğimiz uçakların hafifliği veya rüzgar türbinlerinin devasa kanatları, bu hassas üretim süreçlerinin bir eseridir.
