Son yıllarda hem yurt içinde hem de yurt dışında karbon fiber takviyeli termoplastik kompozit ürünler için yeni kalıplama teknolojileri ortaya çıkmıştır. Bu teknolojiler arasında otomatik fiber yerleştirme, ultrasonik hızlı konsolidasyon kalıplama, lazer konsolidasyon kalıplama, elektron ışınıyla kürleme, vakum destekli kalıplama ve 3D baskı yer alır. Bu yeni kalıplama teknolojilerinin sunduğu yüksek verimlilik, düşük maliyet, düşük enerji tüketimi ve yüksek derecede otomasyona rağmen, karbon fiber uygulamalarında mevcut teknolojik sınırlamalar nedeniyle geleneksel yöntemler hala önemli bir rol oynamaktadır.

PEEK, PI ve PPS gibi termoplastik reçineler güçlü korozyon direnci, hasar toleransı, darbe direnci ve kırılma dayanıklılığı sergiler. Ayrıca ısıtıldığında yumuşar ve erir, böylece tekrar tekrar kullanılabilirler. Yüksek mukavemetli karbon fiber ile birleştirildiğinde, bu karbon fiber takviyeli termoplastik kompozitler havacılık, askeri ve üst düzey sivil uygulamalarda hızla popüler hale geldi. Zaman içerisinde karbon fiber uygulamaları için çeşitli kalıplama prosesleri geliştirilmiştir. Saksobran Yeni materyalCo., Ltd, karbon fiber kompozit ürünlerin üretiminde uzmanlaşmıştır ve yaygın olarak kullanılan ve olgunlaşmış çeşitli kalıplama yöntemlerinin avantajlarını ve dezavantajlarını karşılaştırmıştır.

Otoklav Kalıplama Prosesi

Otoklav kalıplama, önceden serilmiş prepregleri ısıtmak ve basınçlandırmak ve bunları şekillendirerek sertleştirmek için otoklavda yüksek sıcaklıkta sıkıştırılmış gaz kullanır. Bu yöntem, reçine bazlı kompozit malzemelerin entegre kalıplanması için yaygın olarak kullanılmaktadır ve endüstriyel üretimde büyük öneme sahiptir. Örneğin uçak gövdesi, dümen, asansörler, kanat kaplamaları ve kuyruk yüzgeçlerinde kullanılan karbon fiber takviyeli termoplastik kompozit yapısal parçaların %80'i otoklav kalıplama kullanılarak üretilmektedir.

Otoklav kalıplama işlemi sırasında, ön emprenye kalıp içindeki bir vakum torbasında kapatılır ve basınçlı havanın her yöne eşit basınç sağlaması sağlanır. Otoklavın içindeki yüksek hızlı basınçlı hava akışı, hem ısıtma hem de soğutma aşamalarında eşit ısıtma sağlar. Ayrıca, otoklav içindeki sabit basınç ve sıcaklık, kompozit ürünlerde düşük gözeneklilik ve tekdüze elyaf dağılımı ile sonuçlanır. Bu nedenle, otoklavla kalıplanmış karbon fiber takviyeli termoplastik ürünler, düzgün basınç/ısı dağılımı ve istikrarlı kalite sergiler, bu da bu yöntemi büyük ve karmaşık yapısal parçaların üretimi için uygun hale getirir. Ancak dezavantajları arasında hacimli ve karmaşık ekipmanlar, yüksek enerji tüketimi, önemli yatırım ve üretim maliyetleri ve düşük verimlilik sayılabilir.

Sıkıştırmalı Kalıplama Prosesi

Sıkıştırmalı kalıplama, malzemenin plastikleştirilmesi, kalıp boşluğunu doldurmak için akış ve reçine kürleme gibi farklı aşamaları içerir. Karbon fiber takviyeli termoplastik kompozit kalıplama malzemesinin kalıp boşluğuna akışı sırasında, hem termoplastik reçinenin hem de takviye edici yüksek mukavemetli karbon fiberin akması gerekir, bu da diğer yöntemlere kıyasla daha yüksek kalıplama basıncına neden olur. Bu işlem, basınç kontrolü yapabilen bir hidrolik pres ve yüksek mukavemetli, yüksek hassasiyetli, yüksek sıcaklığa dayanıklı metal kalıplar gerektirir. Wuxi Zhishang New Material, karbon fiber takviyeli termoplastik kompozit ürünlerin üretiminde genellikle otoklav ve sıkıştırmalı kalıplama yöntemlerini kullanıyor.

Sıkıştırmayla kalıplanmış termoplastik karbon fiber takviyeli ürünler, düşük iç gerilim, minimum çarpıklık, pürüzsüz yüzeyler, yüksek boyutsal doğruluk, kararlı mekanik özellikler, düşük büzülme ve iyi tekrarlanabilirlik sergiler. Bu yöntem, yüksek üretim verimliliği ve karmaşık yapıları tek seferde kalıplama yeteneği ile büyük yassı ürünlerin kalıplanması için uygundur; seri üretimi, uzmanlaşmayı ve otomasyonu kolaylaştırır. Bununla birlikte, kalıp imalatının karmaşıklığı ve yüksek maliyeti, uzun kalıplama döngüleri ve tam kalıp dolumu sağlamadaki zorluklar, karbon fiber uygulamalarında dikkate değer dezavantajlardır.

Filament Sarma Prosesi

Filament sarma, reçine emdirilmiş sürekli yüksek mukavemetli karbon fiberlerin ön ısıtılmasını ve bunların bir mandrel üzerine sarılmasını içerir. Sürekli ısıtma ve basınç uygulaması, ön emprenyeyi birleşik bir yapı halinde birleştirerek istenen bileşeni katman katman oluşturur. Isıtma sıcaklığı, sarma yöntemi, ekstrüzyon aralığı, reçine sıcaklığı ve elyaf sarma gerilimi gibi faktörler ürün kalitesini doğrudan etkiler.

Otoklav işlemiyle karşılaştırıldığında filaman sarımı, mekanize üretime daha elverişlidir ve sarma desenlerini değiştirerek karbon fiber mukavemet performansında ayarlamalara olanak tanır. Ancak karbon fiberlerin sarım sırasında mandrel yüzeyine sıkı bir şekilde yapışamaması nedeniyle bu yöntem içbükey veya dışbükey yüzeyli parçaların imalatı için uygun değildir.

Pultrüzyon Prosesi

Pultrüzyon, yüksek mukavemetli karbon fiberlerin reçineye emdirilmesini ve bunları bir kalıptan çekerek basınç altında şekillendirilip sertleştirilmesini ve sürekli uzunluklarda kompozit ürünler oluşturulmasını içerir. Bu süreç sürekli, sabit kesitli bileşenlerin üretimi için uygundur; yani karmaşık şekilli yapısal parçalar değil, yalnızca doğrusal profiller üretebilir. Ek olarak, ürünlerin anizotropik özelliklerinden dolayı enine mukavemetleri sınırlıdır ve karbon fiber takviyeli ürünlerde uygulama kısıtlamaları ortaya çıkarmaktadır.

Doğrusal karbon fiber takviyeli termoplastik ürünlerin büyük ölçekli üretimi için bu süreç, yüksek otomasyon, düşük enerji tüketimi, yüksek karbon fiber içeriği, istikrarlı ürün kalitesi ve düşük hammadde tüketimi sunar. Belirli ürün türlerinin üretilmesinde tercih edilen bir yöntemdir.

Gelişen Teknolojiler

Son yıllarda küresel olarak karbon fiber takviyeli termoplastik kompozit ürünler için çok sayıda yeni kalıplama teknolojisi ortaya çıktı. Bunlar arasında otomatik fiber yerleştirme, ultrasonik hızlı konsolidasyon, lazer konsolidasyonu, elektron ışınıyla kürleme, vakum destekli kalıplama ve 3D baskı yer alıyor. Bu yeni teknolojiler yüksek verimlilik, düşük maliyet, düşük enerji tüketimi ve yüksek derecede otomasyon sunuyor. Ancak Çin'deki mevcut teknolojik seviye göz önüne alındığında, gelişmiş ülkelerle karşılaştırıldığında araştırma ve pratik uygulama konusunda önemli bir boşluk bulunmaktadır. Uzun bir süre boyunca, karbon fiber takviyeli termoplastik kompozit yapı parçaları ve karbon fiber uygulamalarındaki diğer ürünlerin üretiminde geleneksel kalıplama yöntemleri temel olmaya devam edecek.