Karbon fiber ürünleri, karbon fiber levhalar, karbon tüpler, şekillendirilmiş parçaların nasıl yapıldığını keşfedin

Karbon lif ürünler , hafiflik ve yüksek mukavemet gibi dikkat çekici özelliklerinden dolayı havacılıkta uçak parçaları, otomotivde araç gövdeleri ve spor alanında yüksek kaliteli ekipmanlar gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Temel malzemelerden pratik ürünlere nasıl adım adım dönüşürler? Aşağıda karbon plakaların, karbon tüplerin ve karbon elyaf şekillendirilmiş parçaların üretimindeki temel noktalar detaylı bir şekilde anlatılmıştır.

Hammaddelerin hazırlanması

Karbon elyaf ürünlerinin temel ham maddeleri karbon lif ürünleri karbon elyaf iplik ve matris malzemelerini içerir. Karbon elyaf filamentleri, akrilik gibi organik liflerin yüksek sıcaklıklarda karbonlaştırılmasıyla elde edilir. Çapları birkaç mikron civarındadır ve tek bir saç telinden çok daha incedir ancak sıradan çelikten çok daha güçlüdür. Bu karbon elyaf filamentleri genellikle sonraki şekillendirme işlemlerini kolaylaştırmak için karbon elyaf kumaş veya iplik haline getirilerek işlenir.

Matris malzemesi çoğunlukla epoksi reçine ve diğer polimer malzemelerden oluşur ve sadece karbon fiber filamentlerin bir arada tutulmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda gerilimi iletmekte ve karbon fiber filamentlere nem, aşındırıcı maddeler ve diğer dış etkilerden koruma sağlamaktadır. Üretim öncesinde farklı ürünlerin performans gereksinimlerine göre uygun özellikte karbon fiber filamentler ve matris malzemeleri seçilir ve hammaddelerin kalitesinin üretim standartlarını karşıladığından emin olmak için titizlikle kalite testleri yapılır.

Karbon levha (katmanlı kalıplama)

Karbon plakalar genellikle kayaklar ve raket çerçeveleri gibi ürünlerde kullanılan katmanlı kalıplama yöntemiyle üretilir.

İlk olarak, tasarım gereksinimlerine göre kesim yapılır karbon lif prepreg , prepreg, karbon elyaf kumaşının temel malzemesiyle önceden impregne edilmiş halidir ve kesim hatası, sonraki ürünlerin boyutsal doğruluğunu sağlamak amacıyla 0,1 mm içinde tutulmalıdır.

Kesilen prepregler daha sonra belirli bir yönde ve sırayla katmanlandırılır. Tek yönlü istiflenmiş yapı, karbon levhaya tek yönde yüksek mukavemet kazandırır ve tek yönlü kuvvetlere dayanması gereken yapısal parçalara uygundur. Çapraz istiflenmiş yapı ise karbon levhaya çok yönlü iyi performans sağlar ve karmaşık yük durumlarına sahip parçalara uygundur.

Bundan sonra istiflenmiş prepregler kalıplara yerleştirilir ve 5-10 MPa'lık bir basınç uygulanarak prepreglerin kalıbın şekline sıkıca oturması sağlanır. Ardından kalıplar sıcak pres tanklarına veya fırınlara konularak 120-180°C sıcaklıkta 2-4 saat süreyle ısıtılarak sertleştirilir.

Kürleme işlemi tamamlandıktan sonra karbon plaka kalıptan çıkarılır ve kullanım standardına getirmek için zımbalama ve kesme gibi sonraki işlemler yapılır.

Karbon tüpler (sarma ve kalıplama)

Karbon tüpler genellikle drone gövdesi ve golf sopaları gibi ürünlerde yaygın olarak kullanılan sarma ve kalıplama yöntemiyle üretilir.

Sarma makinesinin sarma parametreleri, karbon tüpün boyutuna ve performans gereksinimlerine göre tasarlanır. Bunlardan özellikle sarma açısı temel parametrelerdendir. Sarma açısı $\pm 45$ derece olduğunda karbon tüpün burulma direnci daha iyi olur; sarma açısı 0 derece olduğunda ise karbon tüpün eksenel mukavemeti daha yüksek olur.

Karbon fiber iplik, impregnasyon cihazı aracılığıyla temel malzeme ile tamamen emprenye edilir ve emprenye edilmiş iplik üretildikten sonra 5-15 Nm'lik bir gerginlikle kalıba sarılır ve sarma işlemi sırasında gerginlik eşit şekilde korunmalıdır, böylece karbon tüpün kalitesi stabil olur.

Sarma işleminden sonra mandrelli karbon tüp, 100-150°C'de 1-3 saat süreyle kürlenmek üzere küvet fırınına konulur.

Kürleme işlemi bittikten sonra mandrel çıkarılır. Mandrelin çıkarılma şekli, malzemesine ve şekline bağlıdır; bazıları doğrudan çekilerek çıkarılırken, bazıları eritilip uzaklaştırılır ve son olarak karbon tüp kenarları düzeltildikten sonra parlatılır, böylece boyutsal hata 0,05 mm içinde kontrol altında tutulur.

Şekillendirilmiş parçalar (kalıplanmış)

Karbon fiberden yapılan karmaşık şekilli parçalar genellikle kalıplama süreci ile üretilir; bu süreç özellikle otomotiv parçaları, tıbbi ekipman parçaları gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılır.

İlk olarak, şekillendirilmiş parçaların tasarımına göre yüksek hassasiyetli kalıplar tasarlanır ve üretilir. Kalıp yüzey pürüzlülüğü Ra0,8'in altında tutulmalıdır çünkü kalıp doğruluğu, şekillendirilmiş parçaların boyut ve şekil doğruluğunu doğrudan etkiler.

Karbon fiber kumaş veya karbon fiber matı, kalıbın şekline uygun boyuta kesin, yüzeyine matris malzemesini eşit şekilde uygulayın ve kalınlığın tutarlı olmasına dikkat edin, ardından kalıba yerleştirin ve sonrasında pres aracılığıyla 10-20 MPa basınç uygulayın, böylece karbon fiber malzeme kalıp boşluğuna tamamen yapışsın.

Kalıbı ısıtma cihazına yerleştirin ve 130-170°C sıcaklıkta 3-6 saat ısıtarak sertleştirin. Sertleşme sürecinde sıcaklık ve basınç kesinlikle kontrol edilmelidir; şekillendirilmiş parçalarda kabarcık, çatlak gibi hataların oluşmasını önlemek için gerekli önlemler alınmalıdır.

Kürleme işlemi tamamlandıktan sonra, şekillendirilmiş parçalar kalıplardan çıkarılır ve kullanım gereksinimlerini karşılamaları için kenarlardaki fazlalıkların giderilmesi ve yüzeylerin zımparalanması işlemleri uygulanır.

Yeni Teknoloji

1.3D yazdırma

Bu teknoloji, karbon fiber ürünlerin karmaşık şekillerini doğrudan üretebilir, ürün geliştirme döngüsünü büyük ölçüde kısaltabilir ve ayrıca kişiselleştirilmiş özelleştirmeye olanak sağlayabilir. Ancak şu anda karbon fiber ile yapılan 3D baskının mekanik özellikleri, geleneksel süreç ürünlerine göre hâlâ belirli bir açıkta ve maliyeti nispeten yüksektir, bu yönlerin daha da geliştirilmesi gerekmektedir.

2. RTM teknolojisi

Yani, reçine transfer kalıplama teknolojisi, karbon fiber takviye malzemesini kalıba yerleştirir ve ardından reçineyi kalıba enjekte ederek reçinenin takviye malzemesini infiltrasyon etmesini ve sertleşerek kalıplanmasını sağlar. Bu teknoloji, yüksek kalıp verimliliği, kararlı ürün kalitesi, düşük çevre kirliliği gibi avantajlara sahiptir. Karmaşık şekilli karbon fiber ürünlerin seri üretimine oldukça uygundur.

Kalite testi: her ürünün kalitesinin sağlanması

Karbon fiber ürünler üretildikten sonra piyasaya girmeden önce katı kalite testlerinden geçmelidir. Test kalemleri başlıca boyutsal hassasiyet, görünüş kalitesi ve mekanik özelliklerdir.

Boyutsal doğruluk testi, ürünlerin yüksek hassasiyet gerektiren durumlarında kumpaslar, projektörler ve diğer araçların yanı sıra CMM kullanılabilir; görünüş kalitesi testi, ürün yüzeyinde kabarcık, çatlak, çöküntü gibi hataların olup olmadığının kontrolünü içerir ve genellikle görsel muayene ile büyüteç yardımıyla inceleme birlikte kullanılır; mekanik özelliklerin testi çekme test cihazı, darbe test cihazı gibi profesyonel ekipmanlar aracılığıyla yapılır ve ürünün mukavemeti, sertliği, tokluğu gibi parametreler değerlendirilerek ürünün gerçek kullanım koşullarında karşılaşacağı kuvvetlere dayanabilmesi sağlanır. Mekanik performans testleri için çekme test cihazları ve diğer özel ekipmanlar kullanılarak ürünün mukavemeti, sertliği, tokluğu gibi özellikleri test edilir ve ürünün pratik kullanımdaki kuvvet gereksinimlerini karşılayabilmesi sağlanır. Yalnızca tüm test projelerinden geçen ürünler piyasaya girmeye hak kazanır.

Boyutsal doğruluk testi, ürünlerin yüksek hassasiyet gerektiren durumlarında kumpaslar, projeksiyon cihazları ve diğer araçlar kullanılabileceği gibi CMM (Koordinat Ölçüm Cihazı) de kullanılabilir; görünüş kalitesi testi, ürün yüzeyinde kabarcık, çatlak, çökme gibi kusurların olup olmadığının kontrolünü içerir ve genellikle görsel muayene ile büyüteç yardımıyla inceleme birlikte uygulanır; mekanik özellikler testi çekme makinesi, darbe test cihazı gibi profesyonel ekipmanlar aracılığıyla yapılır ve ürünün mukavemeti, sertliği, tokluğu gibi parametreler ölçülerek ürünün gerçek kullanım koşullarında karşılaşacağı yüklere dayanabilmesi sağlanır. Mekanik performans testleri için çekme makinesi ve diğer özel ekipmanlar kullanılarak ürünün mukavemet, sertlik, tokluk gibi özellikleri test edilir ve ürünün pratik kullanımda karşılaşacağı zorlayıcı etkilere karşı gerekli şartları karşıladığından emin olunur. Yalnızca tüm test projelerinden geçen ürünler piyasaya sunulmaya hak kazanır.