Vakum Torbalama

Vakum torbalama, kompozit malzemelerin üretiminde ve onarımında kullanılan, özellikle fiber takviyeli polimer (FTP) yapılar için yaygın olarak tercih edilen bir imalat yöntemidir. Temel prensip, elyaf takviyeli katmanların (örneğin karbon, cam veya aramid) bir kalıp üzerine yerleştirilmesi, reçine ile emdirilmesi ve ardından bir vakum torbası ile hava ve diğer uçucu maddelerin uzaklaştırılmasıdır. Bu işlem, atmosfer basıncını kullanarak katmanların sıkı bir şekilde konsolide edilmesini sağlar.

Yöntemin Temelleri

Vakum torbalama süreci genellikle iki ana uygulama biçiminde görülür:

• Islak serim/vakum torbalama (wet lay-up vacuum bagging): Elyaf tabakaları doğrudan kalıp üzerinde reçine ile elle emdirilir ve ardından vakum torbası uygulanır. Bu yöntem düşük maliyetli olup, genellikle prototip üretimi ve yerinde onarımlar için uygundur.
• Prepreg vakum torbalama (pre-impregnated vacuum bagging): Elyaf tabakalar, önceden reçine ile emdirilmiş halde (prepreg) gelir. Otoklav veya otoklav dışı (Out-of-Autoclave, OoA) koşullarda, uygun sıcaklık ve basınç profili ile kürlenir.

Otoklav Dışı ve Vakum Torbalama

Otoklav dışı vakum torbalama (Vacuum Bag Only, VBO) yöntemi, yüksek maliyetli otoklav proseslerine alternatif olarak geliştirilmiştir. Bu teknikte konsolidasyon basıncı atmosfer basıncı ile sınırlı olduğundan, prepreg sistemleri özel olarak tasarlanır. Elyaf yatakları nispeten geçirgen hava kanalları içerir ve başlangıç fiber hacmi fraksiyonları otoklav prepreglerine kıyasla daha yüksektir. Bu sayede reçine, kürlenme öncesinde kuru fiber bölgelerine başarılı şekilde nüfuz eder ve düşük boşluk oranı elde edilebilir.

Proses Adımları

Tipik bir vakum torbalama uygulamasında şu adımlar izlenir:

1. Kalıp Hazırlığı: Kalıp yüzeyi temizlenir, ayırıcı malzeme uygulanır.
2. Elyaf Yerleşimi: Takviye kumaşlar (kuru veya prepreg) yerleştirilir.
3. Reçine Uygulaması (Islak Serim için): Elyaf tabakalarına reçine manuel veya mekanik yöntemlerle emdirilir.
4. Yardımcı Malzemelerin Eklenmesi: Soyulabilir kumaş (peel ply), hava tahliye ağı (breather), vakum hattı gibi yardımcı tabakalar yerleştirilir.
5. Vakum Torbası Yerleştirme: Sızdırmaz şekilde kapatılır.
6. Vakum Uygulaması: Hava uzaklaştırılarak konsolidasyon sağlanır.
7. Kürleme: Otoklavda, fırında veya ısıtma battaniyeleriyle belirlenen sıcaklık profilinde gerçekleştirilir.

Proses Parametreleri ve Mekanik Özellikler Üzerindeki Etkiler

Kür sıcaklığı, bekleme süresi (dwell time) ve ısıtma hızı, nihai kompozit yapının mekanik özelliklerini belirleyen kritik parametrelerdir. Yapılan deneysel çalışmalarda, özellikle kür sıcaklığı değişiminin basma dayanımı ve katmanlar arası kesme dayanımı (ILSS) üzerinde istatistiksel olarak anlamlı fark yarattığı tespit edilmiştir. Yetersiz fiber-matris ara yüzey yapışması, delaminasyon çatlaklarının artışı ve debond olmuş fiberlerin varlığı gibi mikro yapısal kusurlar, mekanik dayanımı olumsuz etkileyebilir.

Modelleme ve Optimizasyon

Vakum torbalama sürecinde reçine akışı, ısı transferi ve konsolidasyon birbirine bağlı çoklu fiziksel olaylardır. VBO sürecinin sayısal modellemesinde Darcy yasası, ısı iletim denklemleri, kür kinetiği ve viskozite modelleri entegre edilerek, reçine emdirme ve boşluk oluşumu tahmin edilebilir. Parametrik optimizasyon çalışmaları ile başlangıç kür sıcaklığı, son kür sıcaklığı, bekleme süresi ve sıcaklık artış hızı gibi parametreler belirlenerek tekrarlanabilir ve düşük boşluk oranlı üretim koşulları elde edilebilir.