Plastik matriksli kompozit malzemelerde akış analizi ve uygulamaları

Abstract

ÖZET Polimer matriksli kompozitler pazarı içinde termoset plastik kullanımı %75'lik bir paya sahip olması ve reçine iletim kalıplaması (RTM) prosesi, termoset kompozitlerin üretiminde büyük öneme sahip olması nedeni ile RTM prosesi ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bu bağlamda, RTM prosesinde en önemli adımın dolum safhası olduğu ve yürütülmüş çalışmaların büyük çoğunluğunun bu üretim adımının geliştirilmesi üzerine yapıldığı belirlenmiştir. Bir model, fiziksel prosesin ya da sistemin idealleştirilmiş matematiksel gösterimidir. Bu nedenle, polimer matriksli kompozit üretim proseslerinin optimizasyonu için kullanılan modellemeler sınıflandırılarak ayrıntılı bir şekilde incelenmiş ve bir model oluşturma çalışmasının ilkeleri açıklanmıştır. Gerçek fiziksel durumlara en yakın modellemenin elde edilmesi için deneysel çalışma ile modellerin sınanması gerektiği saptanmıştır. Fakat kullanılan kanun ve ön kabuller daha önce sınandı ise tekrar sınamanın gereksiz olduğu da belirlenmiştir. RTM prosesi çevresinde bugüne kadar yürütülmüş akış analizi çalışmaları özetlenmiştir. Daha önce kurulmuş olan bir çok modellemelerden biri olan Saf Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanılarak, RTM'de ana akış denklemi iki boyutlu yaklaşım ile çözülmüş ve sonuçlar analitik olarak bulunan çözümler ile örtüşmüştür. Kalıp geometrisi ve boyutuna bağlı olarak eğri yüzeyli kalıpların üç boyutlu analizi yapılabilir. Ayrıca izotermal durumdan elde edilen ana denkleme hacimsel kuvvetler ile ısı transferinden doğan ısıl etkiler katılarak izotermal olmayan ve gerçeğe çok daha yakın dolum analizi ve pişme kinetiği modellemesi de mümkündür. Ancak bunun için bilgisayar yazılımı desteği kaçınılmaz görülmektedir. Anahtar Kelimeler: RTM, Akış Analizi, Akış Prosesi Modelleme, Saf Sonlu Elemanlar Yöntemi xi

ABSTRACT RTM process is studied in detail due to thermoset plastics' usage 75 % of all polymeric matrix composite market and its great importance in thermoset composite manufacturing.In this context, It is determined that filling stage is the most important step in RTM process and the majority of the studies performed before in order to improve this step. A model is an idealized mathematical representation of the physical process or the system. Hence, models used for optimization of polimer matrix composite manufacturing processes are studied by classifying with all spesifics and principles of the modelling are explained. It is established that models need to examine with experiments in order to obtain models close to real physical situations. But also, it is concluded that reexamination is needless, if laws and presumptions had examined before. Flow analysis studies that were carried out around RTM process until today are summarized. By utilizing Pure Finite Element Method, one of models built previously, live governing equation in RTM is solved by 2D approach and results agree with analitical results. 3D analysis can be performed dependent on the mold geometry and dimension. Also, by adding volumetric forces and thermal effects arisen from the heat transfer, it is possible to make flow analysis and cure kinetics modelling that is non-isothermal and close to real-time situations. But, for this aim, computer software assistance seems to be inevitable. Key words: RTM, Flow Analysis, Flow Process Modelling, Pure Finite Element Method. Xll