PREPREG
Prepreg, “pre-impregnated (önceden emdirilmiş)” teriminin kısaltması olup, reçine emdirilmiş kumaşlar için kullanılan terimdir. Dokunmuş, tek veya çok yönlü cam, karbon ve aramid kumaşlar üzerine reçine sisteminin emdirilmesi ve yarı kürleştirilmesi ile ürün oluşturulmaktadır.
Prepregler; kürleme için gerekli reçine ve sertleştirici karışımını içerdiğinden ilave reçine işçiliği gerektirmeden serime hazır haldedir. Prepregler belirli bir basınç ve sıcaklık altında kürlenirler. Prepregler, otoklav, fırınlama, vakum torbalama veya sıcak pres yöntemleriyle üretilebilir. Kürleme sonucunda emdirilen reçine sertleşerek ısıl ve kimyasal dayanımı yüksek, hafif ve çok dayanıklı bir kompozit yapı oluşturur.
Prepreg Özellikleri ve Avantajları
Kürlenme Durumu: Reçine sistemi fiberlere önceden uygulanmış olduğundan endüstriyel işlemlerde ek bir kimyasal eklenmesine ihtiyaç duymadan kürlenmeye hazırdır. Bu, üretim sürecini basitleştirir ve hızlandırır.
Mekanik Performans: Prepreg, yüksek oranda oryantasyon ve takviye-matris bağlantısı sağlar, bu da mükemmel mekanik özellikler ve yorulma direnci anlamına gelir. Bu, prepregi yüksek performanslı uygulamalar için ideal kılar.
İşlem Kolaylığı: Prepreg, önceden doldurulmuş form, kalıplama veya otoklav proseslerinde homojen reaksiyonlar ve kalite kontrolü sağlar. Bu, üretim verimliliğini artırır ve hata riskini azaltır.
Reçine Elyaf Oranı Kontrolü: Kumaşa reçine emdirilmesi sırasında, reçine elyaf oranı ayarlanabilmektedir. Bu, parçanın özelliklerinin istenen şekilde homojen olarak kontrol edilmesini sağlar.
Üretim Standardizasyonu: Prepreglerle yapılan kompozit parça üretimlerinde kalınlık, ağırlık ve yüzey kalitesi gibi son ürün özellikleri diğer yöntemlere kıyasla standardize edilebilir ve tekrarlanabilir. Bu, kalite kontrolünü kolaylaştırır ve üretim maliyetlerini düşürür.
Uygulama Kolaylığı: Kuru kumaşların kalıba serilmesine kıyasla prepreg serimi oldukça basittir. Bu, üretim verimliliğini artırır ve hata riskini azaltır.
Üretim Verimliliği: Prepregler kompozit üretiminde verimliliği arttırmaktadır. Otoklavsız üretim yöntemleri ile kürleme süreleri 10 dakikaya kadar düşürülebilir. Bu, üretim maliyetlerini düşürür ve karmaşık şekilli parçaların üretimini mümkün kılar.
Prepreg Türleri
Prepregler, reçine cinsine göre iki ana gruba ayrılır:
Termoset prepregler: Reçine, kürlendikten sonra sert ve kırılgan bir yapıya sahip olur. Bu tür prepregler, yüksek mukavemet ve yüksek sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Termoplastik prepregler: Reçine, ısıtıldıktan sonra tekrar şekillendirilebilir. Bu tür prepregler, yüksek yorulma dayanımı ve düşük sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Termoset Prepregler
Termoset prepregler, kürlendikten sonra sert ve kırılgan bir yapıya sahip olur. Bu tür prepregler, yüksek mukavemet ve yüksek sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Termoset prepregler, reçine cinsine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
Epoksi bazlı prepregler: Epoksi reçine, en yaygın kullanılan termoset reçinedir. Epoksi prepregler, yüksek mukavemet, yüksek sıcaklık dayanımı (120°C - 180°C) ve kimyasallara karşı direnç gibi özelliklere sahiptir.
Bismaleimide bazlı prepregler: Daha yüksek sıcaklık dayanımı (250°C); ateş, radyasyon ve kimyasallara karşı direnç gibi özelliklere sahiptir.
Benzoksazin bazlı prepregler: Yüksek sıcaklık performansı, düşük nem alımı, iyi alev, duman ve toksisite özelliklerine sahiptir.
Fenolik bazlı prepregler: Yüksek sıcaklık dayanımı ve kimyasallara karşı direnç gibi özelliklere sahiptir.
Termoset prepreglerin başlıca özellikleri şunlardır:
Yüksek mukavemet
Yüksek sıcaklık dayanımı
Kimyasallara karşı direnç
İyi aşınma direnci
Düşük su emme
Termoset prepregler, aşağıdaki uygulamalarda yaygın olarak kullanılır:
Havacılık ve uzay sanayii
Otomotiv endüstrisi
Enerji sektörü
Rüzgâr enerjisi
Spor malzemeleri
Termoplastİk Prepregler
Termoplastik prepregler, ısıtıldıktan sonra tekrar şekillendirilebilir. Bu tür prepregler, yüksek yorulma dayanımı ve düşük sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalarda kullanılır.
Termoplastik prepregler, reçine cinsine göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
Polyester bazlı prepregler: Polyester reçine, en yaygın kullanılan termoplastik reçinedir. Polyester prepregler, düşük maliyetli ve kolay işlenebilirlik gibi özelliklere sahiptir.
Poliamid bazlı prepregler: Yüksek mukavemet ve kimyasallara karşı direnç gibi özelliklere sahiptir.
PEEK bazlı prepregler: Yüksek mukavemet, yüksek sıcaklık dayanımı ve kimyasallara karşı direnç gibi özelliklere sahiptir.
PEI bazlı prepregler: Yüksek mukavemet, yüksek sıcaklık dayanımı ve kimyasallara karşı direnç gibi özelliklere sahiptir.
Termoplastik prepreglerin başlıca özellikleri şunlardır:
Yüksek yorulma dayanımı
Düşük sıcaklık dayanımı
Kimyasallara karşı direnç
İyi aşınma direnci
Yüksek su emme
Termoplastik prepregler, aşağıdaki uygulamalarda yaygın olarak kullanılır:
Otomotiv endüstrisi
Tüketici ürünleri
Spor malzemeleri
Elektronik cihazlar
Termoset ve termoplastİk prepregler arasındakİ farklar
Kürlenme: Termoset prepregler, kürlendikten sonra sert ve kırılgan bir yapıya sahip olur. Termoplastik prepregler ise ısıtıldıktan sonra tekrar şekillendirilebilir.
Mukavemet: Termoset prepregler, termoplastik prepreglerden daha yüksek mukavemete sahiptir.
Sıcaklık dayanımı: Termoset prepregler, termoplastik prepreglerden daha yüksek sıcaklık dayanımı sağlar.
Kimyasallara karşı direnç: Termoset ve termoplastik prepregler, kimyasallara karşı benzer düzeyde direnç gösterir.
Aşınma direnci: Termoset ve termoplastik prepregler, aşınma direncinde benzer performans gösterir.
Su emme: Termoset prepregler, termoplastik prepreglerden daha düşük su emme kapasitesine sahiptir.
Prepreg ile Kompozit Üretim Yöntemleri
Kompozit ürün imalatında birçok metot bulunmaktadır. Genellikle prepreg el yatırma metotu, ıslak el yatırma metotu, sıcak pres, vakumlu torbalama metotu, otoklav metotu, elyaf sarma metotu, reçine transfer kalıplama metotu vb. yöntemler örnek verilebilir.
Prepreg kullanılarak yapılacak üretim için, öncelikle kumaşların seçimi ile başlar. Genellikle cam veya karbon fiberlerden oluşan kumaşların seçildiği bu aşamada, kullanıma göre kumaş ağırlığı ve dokuması belirlenir.
Prepregin kullanılacak olan uygulaması baz alınarak proses ve özelliklerine göre reçine sistemi seçilir. Proses olarak otoklav, sıcak press ve vakum yöntemi kullanılarak parça üretimi sağlanabilir. Reçine sistemleri düşük sıcaklıkta kürlenme, yangın geciktirici ve yüksek tokluk gibi özel performans gereksinimlerini karşılamak üzere geliştirilmektedir.
Prepregden parça üretim yönteminin seçimi, uygulamanın gereksinimlerine bağlı olarak yapılmalıdır. Basit ve hızlı parçaların üretimi için sıcak pres yöntemi daha karmaşık parçaların üretimi için vakum veya otoklav yöntemi tercih edilebilir.
Sıcak Pres
Sıcak pres, prepregden parça üretmek için kullanılan en basit ve en yaygın yöntemdir. Sıcak pres yönteminde; prepreg, kalıba yerleştirilmeden önce uygun kalınlıkta kesilir. Prepreg, kalıp içerisine yerleştirildikten sonra, bir pres yardımı ile preslenir. Pres, genellikle 100-250 °C sıcaklıkta çalışır. Prepreg, pres altında kürlenerek sertleştirilir.
Sıcak pres yönteminin avantajları şunlardır:
Basit ve hızlı bir yöntemdir.
Düşük maliyetlidir.
Sıcak pres yönteminin dezavantajları şunlardır:
Prepregin kürlenmesi sırasında kalıp içerisindeki hava tamamen boşaltılamaz. Bu, prepregin kalitesini ve mukavemetini olumsuz etkileyebilir.
Vakum
Vakum, prepregden parça üretmek için kullanılan bir diğer yöntemdir. Bu yöntemde, prepreg, bir kalıp içerisine yerleştirildikten sonra, bir vakum pompası yardımı ile kalıp içerisindeki hava boşaltılır. Vakum, prepregin kürlenmesi sırasında kalıp içerisindeki havayı tamamen boşaltarak, prepregin kalitesini ve mukavemetini artırır.
Vakum yönteminde; prepreg, kalıba yerleştirilmeden önce uygun kalınlıkta kesilir. Prepreg, kalıp içerisine yerleştirildikten sonra, bir vakum pompası yardımı ile kalıp içerisindeki hava boşaltılır. Vakum altında, prepreg, kürlenerek sertleştirilir.
Vakum yönteminin avantajları şunlardır:
Prepregin kürlenmesi sırasında kalıp içerisindeki hava tamamen boşaltılır. Bu, prepregin kalitesini ve mukavemetini artırır.
Vakum yönteminin dezavantajları şunlardır:
Sıcak pres yönteminden daha karmaşık bir yöntemdir.
Daha yüksek maliyetlidir.
Otoklav
Otoklav, prepregden parça üretmek için kullanılan en gelişmiş yöntemdir. Bu yöntemde, prepreg, bir kalıp içerisine yerleştirildikten sonra, bir otoklav yardımı ile yüksek sıcaklık ve basınç altında kürlenir. Otoklav, prepregin kürlenmesi için gerekli sıcaklığı ve basıncı sağlar.
Otoklav yönteminde; prepreg, kalıba yerleştirilmeden önce uygun kalınlıkta kesilir. Prepreg, kalıp içerisine yerleştirildikten sonra, bir otoklav yardımı ile yüksek sıcaklık ve basınç altında kürlenir. Otoklav, genellikle 180 ila 220°C sıcaklıkta ve 10 ila 20 bar basınçta çalışır. Prepreg, otoklavda kürlenerek sertleştirilir.
Otoklav yönteminin avantajları şunlardır:
Prepregin kürlenmesi sırasında kalıp içerisindeki hava tamamen boşaltılır. Bu, prepregin kalitesini ve mukavemetini artırır.
Prepregin kürlenmesi için gerekli sıcaklık ve basınç, otoklav tarafından tam olarak kontrol edilir. Bu, prepregin daha homojen bir şekilde kürlenmesini sağlar.
Otoklav yönteminin dezavantajları şunlardır:
Sıcak pres ve vakum yöntemlerinden daha karmaşık bir yöntemdir.
Daha yüksek maliyetlidir.
Prepreg Kullanım Alanları
Prepregler, birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Bu alanlar, prepregin sahip olduğu yüksek mukavemet, düşük ağırlık ve tasarım özgürlüğü gibi avantajlarından yararlanmaktadır.
Havacılık ve Uzay Sanayİİnde Prepregler
Prepregler, havacılık ve uzay sanayiinde en yaygın kullanılan kompozit malzemelerden biridir. Uçak gövdeleri, pervane kanatları, uzay araçları ve füzelerin üretiminde prepreg kullanılmaktadır.
Prepregler, çeliğe göre daha hafifken, çelikten daha yüksek mukavemete sahiptir. Bu, prepregin uçak ve uzay araçlarının ağırlığını azaltmak ve performansını artırmak için ideal bir malzeme olmasını sağlar. Prepregler, çelikten yaklaşık 5 kat daha hafiftir. Bu, yakıt tüketimini azaltmak ve uçuş mesafesini artırmak için önemlidir. Karmaşık şekilli parçaların üretimine olanak tanıyan prepregler, uçak ve uzay araçlarının aerodinamik performansını ve verimliliğini artırmaya yardımcı olur.
Otomotiv Endüstrİsİnde Prepregler
Otomobil gövdeleri, kapılar, motor kapakları ve diğer parçaların üretiminde prepreg kullanılmaktadır. Prepregler, otomobillerin ağırlığını azaltmaya yardımcı olur. Bu, yakıt tüketimini azaltmak ve emisyonları düşürmek için önemlidir. Prepregler, otomobil parçalarının dayanıklılığını artırır. Bu, çarpışma güvenliğini ve uzun ömürlülüğü artırmak için önemlidir.
Enerjİ Sektöründe Prepregler
Rüzgâr türbinleri, güneş panelleri ve diğer enerji üreten cihazların üretiminde prepreg kullanılmaktadır. Prepregler, yüksek rüzgâr ve güneş yüklerine dayanacak kadar güçlüdür. Bu, enerji üreten cihazların güvenilirliğini ve dayanıklılığını artırmaya yardımcı olur. Prepregler, ağırlığı azaltarak enerji verimliliğini artırmaya yardımcı olur. Bu, rüzgâr türbinlerinin daha verimli çalışmasını ve güneş panellerinin daha fazla enerji üretmesini sağlar. Bu, enerji üreten cihazların performansını ve verimliliğini artırmaya yardımcı olur.
Spor Ekİpmanlarında Prepregler
Prepregler, spor ekipmanları endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kayaklar, bisikletler, golf sopaları ve diğer spor malzemeleri prepreg kullanılarak üretilmektedir. Prepregler, spor malzemelerine yüksek performans ve dayanıklılık sağlar. Prepregler, spor malzemelerini daha hafif hale getirir. Bu, performansı ve kullanım kolaylığını artırır.
Gemİ İnşasında Prepregler
Gemi gövdeleri, pervaneler, güverteler ve diğer parçaların üretiminde prepreg kullanılmaktadır. Prepregler, çeliğe göre daha hafifken, çelikten daha yüksek mukavemete sahiptir. Bu, prepregin gemilerin ağırlığını azaltmak ve performansını artırmak için ideal bir malzeme olmasını sağlar. Prepregler, çelikten yaklaşık 5 kat daha hafiftir. Bu, yakıt tüketimini azaltmak ve gemilerin hızını ve menzilini artırmak için önemlidir. Prepregler, karmaşık şekilli parçaların üretimine olanak tanır ve gemilerin aerodinamik performansını ve verimliliğini artırmaya yardımcı olur.
Medİkal Cİhazlarda Prepregler
Prepregler, medikal cihazlarda da giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Ortopedik implantlar, diş protezleri, cerrahi aletler ve diğer medikal cihazların üretiminde prepreg kullanılmaktadır. Prepregler, medikal cihazlara yüksek performans ve dayanıklılık sağlar. Bu, cihazların uzun ömürlü olmasını ve güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlar. Prepregler, medikal cihazları daha hafif hale getirir. Bu, hastaların hareketini kolaylaştırır ve ameliyatların daha kolay yapılmasını sağlar. Parça üretim kolaylığı sayesinde medikal cihazların anatomik yapılara uyumunu artırmaya yardımcı olur.
Tüketİcİ Ürünlerİnde Prepregler
Spor malzemeleri, mobilya, elektronik cihazlar ve diğer tüketici ürünlerinin üretiminde prepreg kullanılmaktadır. Prepregler, tüketici ürünlerine yüksek performans ve dayanıklılık ve ürünlerin uzun ömürlü olmasını ve güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlar. Tüketici ürünlerini daha hafif hale getirerek ürünlerin daha kolay taşınmasını ve kullanılmasını sağlar.