Liquid Composite Molding (LCM) processes are widely used for manufacturing Fiber Reinforced Plastic Composites (FRPCs), and most common of these processes are Resin Transfer Molding (RTM) and Vacuum Infusion (VI). In these processes, parts are manufactured by placing a preform of glass or carbon fibers in a mold and impregnating the preform by a thermoset resin. To ensure the part is completely filled without any dry spots and to achieve this in a repeatable manner with predictable flow patterns and cycle times, a good understanding of resin flow through the porous medium is crucial and requires the knowledge of fabric permeability (i.e., inverse of resistance to flow). Thickness distribution in VI varies spatially and with time due to varying resin pressure (thus, compaction pressure) in the mold. In this context, this thesis investigates (i) characterization of the fabric permeability in the presence of rigid inclusions such as microcapsules or fillers and (ii) monitoring and modeling the thickness variation in VI typically consisting of two stages. In the first filling stage, thickness variation increases due to pressure gradient within the mold; and in the second post-filling stage, the excess resin is removed out of the mold to reduce the thickness and the variation in it.In some cases, a second solid phase, generally in the form of granular particles, may be introduced to FRPCs, to ease the handling of preform, to improve mechanical, thermal and electrical properties, or to functionalize with self-healing capsules (to introduce self-healing capability) or with hollow microspheres (to improve the buoyancy or to decrease the overall weight). The effect of rigid spherical inclusions on the permeability of textile fabrics was investigated by using glass beads as model inclusions. Glass beads with a range of diameters (40 to 800 μm) and volume fractions (2.5 to 10%) were sieved between layers of woven E-glass fabric targeting a constant fiber volume fraction of 40%. Experimental characterization of permeability was followed by X-ray microtomography to reveal the underlying relationship between permeability and microstructural features including pore size distribution, pore shape anisotropy and spatial bead distribution. Furthermore, permeability of the X-ray samples was estimated using Computational Fluid Dynamics simulations and with a Kozeny model taking into account the porosity and the specific surface of samples, and compared with the experimental permeability results.Thickness variation in VI and its minimization is usually dealt with a trial and error based approach. This study offers an alternative approach to overcome this drawback of VI process, by integrating thickness monitoring and resin flow modeling in a flexible mold. A Structured Light Scanning system was verified for its suitability of monitoring thickness during VI and was used for full field thickness monitoring in experiments. A Control Volume Finite Element Method (CVFEM) solver, capable of coupling resin flow, fabric compaction and permeability, was implemented. Two different scenarios were studied experimentally and numerically. Full field thickness, resin pressure at some locations and mass of the infused resin were recorded during filling and post-filling stages of experiments; and simulations were performed with corresponding process parameters. Thickness monitoring system was able to capture the instantaneous thickness distribution of the specimen as well as its evolution during the experiments. Thickness variation within the specimen reached its maximum at the end of mold-filling due to the high resin pressure at the inlet (thus low compaction pressure) compared to vacuum pressure at the exit. The thickness variation was reduced in the post-filling stage by removing the excessive resin and almost equalizing resin pressure. Simulations resulted in a reasonably close estimation of fill time and infused resin mass. Evolution of pressure was simulated successfully as well as the resulting thickness distribution. The thickness variation increased in filling stage and the effects of post-filling actions were in agreement with the experimental results.

Sıvı Kompozit Kalıplama (LCM) yöntemleri Fiber Takviyeli Plastik Kompozit (FRPC) üretimi için yaygınca kullanılmaktadır ve bu yöntemlerin en çok kullanılanları Reçine Trasnfer Kalıplama (RTM) ve Vakum İnfüzyon (VI) yöntemleridir. Bu yöntemlerde, cam veya karbon elyaf bazlı kumaş katmanları kalıp içerisine yerleştirilip, kalıp kapatıldıktan sonra, termoset reçine ile ıslatılmaktadır. Kalıbın kuru yer kalmayacak şekilde doldurulması ve bunun tekrar edilebilirliğinin sağlanması, yani öngörülebilir bir akış ilerleyişiyle, yaklaşık olarak tahmin edilen bir sürede başarılabilmesi için kumaş geçirgenliğinin (yani akış direncinin tersi) doğru karakterize edilmesi gerekmektedir. Ayrıca, VI yönteminde üst kalıp olarak plastik bir torba kullanılmasından ötürü kalıp içerisindeki reçinenin basıncı (dolayısıyla sıkıştırma basıncı) hem konuma hem de zamana bağlı olarak değişmektedir. Bu bağlamda, bu tezde şu konularda inceleme yapılmıştır: (i) elyaf katmanları arasında mikrokapsüller ya da dolgular gibi katı takviyelerin varlığında geçirgenliğin karakterizasyonu ve (ii) kalınlık varyasyonunun basınç dağılımına bağlı olarak arttığı dolum aşaması ve fazla reçinenin kalıptan çıkarılarak kalınlığın ve kalınlık varyasyonunun azaltıldığı dolum sonrası aşamalarından oluşan VI üretim yönteminde, kalınlık değişiminin deneysel olarak gözlemlenmesi ve modellenmesi.Fiber Takviyeli Plastik Kompozit'lere bazı durumlarda parçacıklar halinde katkı maddeleri katılabilir. Örneğin, elyaf katmanlarının bir arada durmasını sağlamak, mekanik, termal ve elektrik özelliklerini değiştirmek veya kompozitlere ek bir fonksiyonu mesela öz-iyileşme özelliği veya batmazlık özelliği katmak amacıyla çeşitli mikroparçacıklar katılmaktadır. Bu çalışmada, katı takviyelerin kumaş geçirgenliği üzerindeki etkisi kumaş katmanlarının arasına cam tozu eklenerek incelenmiştir. Farklı çaplar (40-800 μm) ve hacim oranlarındaki (%2.5, %5, %10) cam tozları, %40 hacim oranındaki örgü cam elyaf katmanları arasına mikroelek kullanılarak elenmiştir. Geçirgenliğin deneysel karakterizasyonunun yanı sıra, X ışınları mikrotomografisi (μ-CT) aracılığıyla mikroyapı incelenmiş ve geçirgenlik ile boşluk boyut dağılımı, boşluk anizotropisi, ve cam tozu dağılımı arasındaki ilişki araştırılmıştır. μ-CT ile elde edilen görüntüler üzerinde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ve boşluk oranı ile spesifik yüzey alanını baz alan Kozeny modeli kullanılarak geçirgenlik hesaplanmış ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. VI yönteminde karşılaşılan kalınlık varyasyonunun anlaşılması ve azaltılması genellikle deneme-yanılma yoluyla olmaktadır. Bu çalışmada, kalınlığın deneysel olarak takibi ve kalınlık değişimini hesaba katan akış modellemesi kullanılması yoluyla, deneme-yanılma bazlı yaklaşıma bilimsel bir alternatif sunulmuştur. Yapısal Işıkla Tarama (SLS) temelli bir sistem, bu ihtiyaca uygunluğu doğrulandıktan sonra, deneylerde parçanın tamamındaki kalınlık değişimini takip etmek için kullanılmıştır. Kontrol Hacmi Sonlu Eleman Metodu (CVFEM) temelli ve geçirgenlik ile sıkışmanın basınca göre değişiminin hesaba katıldığı bir sayısal çözüm geliştirilmiştir. İki farklı senaryo, deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneylerin dolum ve dolum sonrası aşamalarında, kalınlık dağılımı, reçine basıncı ve kalıba giren reçine miktarı ölçülmüş ve simülasyonlar aynı sınır koşulları ve üretim parametreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Kalınlık tarama sistemi kalınlığın anlık dağılımının yanı sıra, zaman içindeki değişimini de başarıyla ölçmüş ve deneylerde kalınlığın reçine girişine yakın bölgelerde deney süresince artan reçine basıncı (dolayısıyla azalan sıkıştırma basıncı) nedeniyle arttığını, ve reçinenin en son ulaştığı çıkışa yakın bölgelerle arasındaki kalınlık farkının dolum aşamasının sonunda en yüksek düzeye ulaştığını göstermiştir. Benzer şekilde, dolum sonrası aşamada, reçine basıncının tüm kalıpta neredeyse eşitlenmesi sonucunda, kalınlık varyasyonu önemli derecede azalmıştır. Simülasyonlarda elde edilen kalıp dolum süreleri ve kalıba giren reçine miktarları deneysel sonuçlarla uyum içindedir. Bunun yanı sıra, kalınlık dağılımının dolum aşamasındaki artışı ve dolum sonrası aşamadaki azalışı da başarıyla modellenmiştir.