Cam elyafı nedir ? Üretim amacı nedir ?
Cam elyafı, dünyanın her yerinde kullanım amacına uygun nitelikteki alkalisi düşük ?E? camının, 5-20 mikron çaplarında devamlı proses ile ince lifler halinde çekilmiş türüdür.
1940?lı yıllardan bu yana, değişik cam elyafı tipleri plastiklerin takviyesinde kullanılmaktadır.
Bu şekilde, kırılgan bir yapıya sahip olan plastiklerin çekme ve eğilme dayanımları, rijitlik ve darbe dayanımları gibi fiziksel özellikleri arttırılabilmektedir.
Cam elyafı başlangıçta sadece Termoset yapıdaki plastiklerin takviyesinde kullanılırken, günümüzde termoplastiklerin de takviyesinde hızlı bir büyüme göstermektedir.
İlk defa Cam elyafı ne zaman kullanılmıştır ?
Tarihte cam elyafının ilk kez Fenikeli ve Mısırlı sanatçılar tarafından kullanıldığı bilinmektedir. O zamanlarda, lifler, cam çubukların ısıtılması sonucunda, yumuşatılarak akıtılması şeklinde elde ediliyordu. Kullanım yeri ise yine takviye amacına yönelikti ve çanak, amfor gibi ürünlerin sağlamlaştırılmasını sağlıyordu.
Bugün bildiğimiz devamlı cam elyafının geliştirilmesi 1930?lu yılların sonlarına doğru yapılabilmişti.
Piyasadaki Cam elyafı takviye malzemeleri, çeşitleri nelerdir ?
Cam elyafı takviye malzemelerini öncelikle bir taslak halinde sunup, daha sonra her bir ürün çeşidini ayrıntılı bir şekilde açıklayalım.
Fitil
Tek Uçlu Fitil (Direkt Sarma Fitil )
Çok Uçlu Fitil ( Bileşik Fitil )
Kırpılmış demetten keçeler (*)
Kırpılmış demetler
Öğütülmüş Lifler
Cam elyafı iplik (Tekstil ipliği ? Yarn)
Kumaşlar ( Fabric-Cloth)
Dokunmuş Fitiller
Dokunmuş Cam Kumaş
Dikilmiş Kumaşlar (Dokunmamış)
Tek Yönlü Fitil Kumaşlar (Dokunmamış Fitil )
Devamlı Demetli Keçe ( Dokunmamış)
Yüzey Tülü (Dokunmamış)
(*) Kırpılmış demetten keçelerde bir kumaş (Fabric- Cloth ) türü olup, Kesikli Cam elyafı Takviyeleri grubunda yer almaktadır.
1.Fitil :
Devamlı yapıya sahip bir cam elyafı takviye malzemesidir. Çok sayıda delik içeren kovanlardan akan cam liflerinin doğrudan doğruya sarılması ile ?Direkt Sarma Fitil? olarak üretilebildiği gibi, daha az sayıda delik içeren kovanlardan üretilen cam elyafı demetlerinin birbirine paralel olarak bükülmeden sarılması ile ?Bileşik Fitil? olarak ta üretilebilir.
Fitil ürünleri 10-24 mikron çapında liflerden oluşur ve genellikle 1000 metre uzunluğu 600,1200,2400 ve 4800 gram ağırlığında olacak şekilde üretilir. Kullanım yeri ve prosesine bağlı olarak, sertlik, lifler arasında eş gerilim, kayganlık ve kolay kırpılabilme gibi farklı özellikler fitillere kazandırılabilir.
Özel olarak üretilen ve ?Spun roving? adı verilen düğümlü fitilde ana doğrultuya dik yönde takviye sağlayan ilmekler bulunmaktadır. Bunun amacı; tek yönde takviye edilmiş pultruzyon ürünleri gibi kompozitlerde yanal mukavemeti arttırmaktır. Genellikle ?R? camı elyafından yapılmış fitillere en yaygın olarak epoksi reçine emdirilerek yapılan ?Stratipreg veya Prepreg? ismi verilen bir diğer cam elyafı takviye malzemesi de elyaf sarma metodu ile yüksek mekanik dayanım aranan depo ve borularda otoklavda kalıplanmak üzere kullanılmaktadır.
Direk Sarma Fitil
Bileşik Fitil
2.Cam elyafı iplik (Tekstil ipliği - Yarn ) :
Cam elyafı demetlerinin bükümlü hale getirilmesi ile elde edilen takviye çeşididir. Genellikle dokunmuş kumaş olarak plastiklerin takviyesinde kullanılır.
3.1 Dokunmuş Fitiller (Woven Roving) :
Dokuma amacı ile üretilmiş fitillerin belirli bir düzen içinde dokunması ile yapılan cam elyafı takviye malzemesidir.Dokunmuş fitiller, birbirlerine 90C?lik açı ile ve atkı ve çözgüsünde aynı teksde fitillerin kullanıldığı kumaşlar olarak tanımlanmaktadır. Farklı ağırlık (300-1200 gr/m2) ve enlerde (125-300 cm) üretilen kumaşlar, cam tülü veya keçe ile dikilerek kombine ürün haline getirilerekte kullanılmaktadır. Dokunmuş fitiller; otomotiv, denizcilik gibi sektörlerde el yatırması uygulamalarında kullanılmaktadır. Ayrıca, özel dokuma tipleri ile, fenolik reçine emdirilerek kesme taşlarının üretimindede kullanılmaktadır.
3.2 Dokunmuş Cam Kumaş (Woven Glass Cloth) :
Cam elyafı ipliklerinden dokunmuş kumaşlardır. Başlıca uygulamaları, baskılı devre üretimi, devre kesici tüpleri üretimi gibi elektrik araç gereç üretimidir.
3.3 Dikilmiş Kumaşlar (Stitch Mat) :
Diğer türlerine göre pazara yeni katılmış bir takviye türüdür. Dokuma prosesi söz konusu olmadığından yüzey performası yüksektir. Takviye için kırpılan elyaflar, takviye performansına katkıda bulunmayan polyester iplik ile dikilerek birarada tutulmaktadır. Aynı ağırlıktaki bir dokuma ile karşılaştırıldığında daha iyi mekanik değerler elde edilmektedir.
3.4 Tek yönlü Fitil kumaşlar (Unidirectional Roving Cloth ) :
Çok yönlü mukavemet sağlaması amacıyla dokunmamış fitiller ile devamlı fitillerin iki (biaxial) veya üç katlı (Triaxial) oluşturulması ve sonrasında bu katların polyester iplik ile dikilmesi ile elde edilen dokunmamış (non-woven) fitil ürünüdür. Bu kumaşlarda, 45 veya 90 derecelik açıların birarada kullanılmasının yanısıra keçe ile de dikilmesi mümkündür.
Tek yönlü fitil kumaş çeşitleri
( 1- İkili açılı 2- Üç açılı 3- Dört açılı 4- İkili açılı ve keçe )
3.5 Devamlı demetli keçe (Continuous Mat) :
Kovandan akan liflerin, düzgün dağılımlı tabakalar oluşturacak şekilde, yayılmasından oluşan cam elyafı takviye çeşididir. Bu şekilde yayılan lifler, ikinci bir bağlayıcı kullanılarak birarada tutulur. Bağlayıcı cinsi ve miktarı öngörülen uygulama alanına bağlıdır. Başlıca kullanım alanları; önceden şekillendirilerek (preform) veya şekillendirilmeden maçalı kapalı kalıplama, pultruzyon, devamlı levha ve baskılı devre plakası üretimleridir. Ayrıca köpük takviyesinde de kullanılır.
3.6 Kırpılmış Demetten Keçeler (Chopped Strand Mat) :
Bu cam elyafı takviye çeşidi, 50 mm uzunluğunda kırpılmış cam elyafı demetlerinin, stirende çözünür bir bağlayıcı ile birarada tutulmasından oluşmaktadır.Kullanılan bağlayıcı miktarı, proses gereklerine ve bitmiş ürün özelliklerine bağlı olarak % 3-10 arasında değişmektedir. Kırpılmış demetten keçeler, açık kalıplama uygulamaları ve levha üretiminde kullanılmaktadır
4.Kırpılmış demetler :
Cam elyafı demetlerinin 3-12 mm uzunluğunda kırpılmış şeklidir. Termoplastik granüllerin ve termoset esaslı kalıplama yöntemlerinden, BMC üretiminde kullanılmaktadır.
5.Öğütülmüş Lifler :
Öğütme işlemi sonucunda, uzunlukları, 0.1 -0.2 mm?ye düşürülmüş cam elyafı takviye malzemesidir. Bu liflerin çapları 10-17 mikron arasında değişir. Öğütülmüş liflerin başlıca kullanım alanı termoplastik reçinelerin ve poliüretan reçinenin takviyesidir. Kompozit?in rijitlik, boyut stabilitesi ve darbe dayanımı gibi özelliklerini yükseltmek için öğütülmüş lif boyu çok kısa olduğundan, bu takviye malzemesi, diğer kompozitlerin takviyesinde kullanılmaz
Cam elyafı üretimindeki başlıca cam cinsleri nelerdir ?
Kompozisyonlarına bağlı olarak, değişik cam elyafı cinsleri vardır. Bunlar içinde ?E? camı elyafının en başta geldiği görülmektedir. Elektrik ve mekanik özellikleri ile maliyetinin iyi bir denge oluşturması sonucu, bu kalsiyum alüminosilikat bileşiminin, kullanılan toplam cam elyafı takviye malzemeleri içinde %90 pazar payına sahip olduğu görülmektedir.
?E-CR?camı, ?E? camının modifiye edilmiş şekli olup, asitlere karşı dayanım sağlamak amacı ile kompozisyonunda bor içermemektedir. ?E-CR? camı elyafı, genellikle kimyasal dayanım istenen tank ve boru imalatında kullanılmaktadır.
Yüksek mekanik dayanım aranan ürünler için kullanılan cam elyafı cinsleri Amerika?da ?S? CAMI; Avrupa?da ?R? camı olarak nitelenmektedir. Kompozitin mukavemetini ve rijitliğini arttıran bu cins cam elyafı havacılık, uzay ve askeri alanlarda, yüksek teknik performans gereksinimi nedeni ile kullanılmaktadır. Ayrıca, nakliye, spor ve dinlence alanlarında da bazı ürünler için kullanıldığı görülmektedir.
Bunların dışında, mükemmel dielektrik özellikler taşıyan ve elektronik endüstrisinde sıkça kullanılan, ?D? camı elyafı ve özellikle yüzey tüllerinde kullanılan kimyasal dayanımlı ?C? camı elyafı da bulunmaktadır.
Cam Tipi Özellikleri
A-camı Yüksek alkali oranı-düşük maliyet
C-camı Kimyasal dayanım (Yüzey tülleri)
E-camı Elektriksel özellikler
L-camı Radyasyona karşı kurşun içerir
M-camı Yüksek elastik modül
S-2 camı Yüksek çekme dayanımı
W-2 camı Paneller için yarı şeffaf
AR-camı Alkali dayanım
R-camı Yüksek çekme dayanımı
Kompozit endüstrisinde takviye amaçlı kullanılan elyaf çeşitleri ve yüksek teknoloji ürünü lifler hakkında bilgi veriniz ?
Tartışmasız olarak kompozit üretiminde en çok kullanılan takviye türü cam elyafı olsa da birçok uygulama için, 70-80.000 MPa değerinden daha yüksek bir elastikiyet modülüne gerek duyulabilir. Bu yüksek modül değerlerini karşılayabilmek üzere daha yeni yüksek teknoloji ürünleri geliştirilmiştir.
ARAMİD ELYAFI
Geçen yirmi yıl boyunca, yüksek teknoloji ürünleri olarak bilinen aramid elyafı önemli bir mesafe katetmiş olup uzay, denizcilik, spor ürünleri, eğlence, otomotiv ve silah endüstrisi gibi klasik kompozit pazarlarına hitap etmiştir. Yüksek düzeyde yönlendirilmiş olan bu polimer, düşük yoğunluk ile yüksek modül ve yüksek düzeyde yapışma özelliği ile yüksek mukavemet/ağırlık oranını üründe bir araya getirmektedir. Mukavemet ve modül değerleri yanısıra, liflerin kolaylıkla ıslatılabilmesi ve üründe darbe dayanımı özellikleri dolayısıyla yaygın olarak kullanılan reçinelerin çoğunluğu ile kullanılabilmektedir. Aramid elyafının negatif ısıl genleşme katsayısından dolayı, ısıl yayılmanın önem taşıdığı ortamlarda fayda sağlamaktadır. Aramid elyafı, fiyat/performans değerlerini sağlamak üzere tasarlanmış cam ve karbon elyafının kombinasyonu şeklinde olan hibrid ürünler halinde de mevcuttur. Yalnızca yapısından kaynaklanan sınırlamalar kompozit tasarımında dikkate alınmalıdır. Aramid ürünleri iplik, fitil, kırpılmış elyaf şeklinde mevcuttur.
Aramid elyafı iplik olarak farklı desenlerde dokunmuş kumaş şeklinde, fitil olarak da elyaf sarma veya şerit şeklinde kullanılmaktadır. Kırpılmış lifler ise hazır kalıplama bileşimlerinin içine karıştırılmaktadır.
BOR ELYAFI
Bor elyafı, ticari amaçlı olarak mevcut yüksek teknoloji ürünleri arasında piyasaya çıkan ilk üründür. Bor elyafı; bor?un kimyasal buharının çok ince bir tungsten teli üzerinde yoğunlaştırılması ile üretilmektedir. Çok sağlam ve dayanıklı bir takviye malzemesi olup, yüksek yoğunluğu ve yüksek maliyeti kullanımını sınırlandırmaktadır. Piyasada yalnızca şerit halinde bulunmaktadır.
KARBON/GRAFİT LİFLERİ
Yüksek teknoloji ürünü olarak kompozit pazarının geniş bir kısmı, karbon veya grafit elyaf ürünlerinden yararlanmaktadır. Karbon elyafı üretiminde birçok yöntem vardır. İlk ticari amaçlı karbon elyafı piroliz (yanma) ve ısıl işleme tabi tutulan sentetik liflerin karbon ve grafit elyafına dönüştürülmesi suretiyle üretilmiştir. Sentetik esaslı elyafların çoğunluğu, girdi malzeme olarak polikronitril (PAN) kullanılarak elde edilmektedir. Bu liflerin modülleri ve dayanımları, proses sırasındaki gerilim ve sıcaklık koşullarının değiştirilmesi ile kontrol altında tutulmaktadır.
Diğer karbon /grafit elyafı üretim prosesi, öncelikli olarak zift kullanımını esas almaktadır. Bu zift, sıvı kristal ?mesophase? zift haline dönüştürülmekte ve sıvı haldeki kristal zift, piroliz işlemine tabi tutulmakta yüksek modüllü takviye özelliği ve yüksek mukavemet değerlerine sahip ürün elde edilmesi amacıyla ısı uygulanmakta ve elyafa dönüştürülmektedir. Zift esaslı ürünler çok yüksek modüllere sahiptir ve kopmada uzaması düşüktür.
Karbon elyafının diğer takviye liflerine göre daha farklı avantajları vardır. Nispeten düşük elyaf yoğunluğu, yüksek mukavemet ve yüksek modül özelliklerini bir araya getirirerek üstün bir kombinasyon özelliği sunmaktadır. Aynı zamanda yüksek ısılarda özelliğini koruma ve yorulma dayanımı özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte karbon elyafının kendi yapısal özelliklerinden kaynaklanan bazı olumsuz yanları da mevcuttur. Liflerin sınırlı uzama özellikleri bazı darbe sorunlarına neden olmaktadır. Bu açığı kapatmak amacıyla daha yüksek uzama olanaklı elyaf ürünleri geliştirilmektedir. Karbon elyafının elektrik iletkenliği de bazı kullanım alanlarında engel olabilmektedir. Karbon elyafı demet, şerit ve kumaş halinde üretilmektedir. Daha çok termoplastik ve termoset hazır kalıplama bileşimlerinde katkı malzemesi olarak kullanılmak üzere, kırpılmış veya öğütülmüş bir şekilde satılmaktadır. Grafit halinde, çok yüksek ısıl iletkenliğe sahiptir. Bakıra göre dörtte bir ağırlıkta olan Grafit/Karbon elyafının termal iletkenliği bakırın üç, dört katıdır. Bu özellik yeni uygulama alanlarını da beraberinde getirmektedir.
DİĞER ORGANİK LİFLER
Termoplastik polyester ve naylon lifler, kompozit pazarında yeni kullanım alanları bulmaktadırlar. Takviyelerin her iki çeşidi de, hem darbe dayanımı hem de kimyasal ortamlarla karşılaşıldığında yüksek performans özelliklerini ürüne katmaktadırlar.
Ancak diğer elyaf çeşitleriyle karşılaştırıldığında, hem daha düşük sertlik hem de daha düşük ısı kullanımı gibi kısıtlamalar bulunmaktadır. Jel spinning prosesiyle üretilen yüksek moleküler ağırlıklı polietilen lifler, düşük yoğunlukta yüksek modül özelliğine sahiptirler. Yine düşük ısı kullanımlı olmaları, yaygın kullanımlarını engellemektedir.
Organik lifler yüzey keçeleri veya tülleri üretiminde de kullanılmaktadırlar. Bu özel ürünler kimyasal dayanım ve dış yüzey görünümünün önem kazandığı uygulamalarda kullanılmaktadır. Cam tülünün kılcal yapısı nedeniyle oluşan reçine zengin yüzey, yüksek kimyasal dayanım ve daha iyi bir dış görünüm sağlamaktadır.
EKZOTİK TAKVİYELER
Geliştirilmekte olan diğer inorganik liflerin polimer kompozit uygulamalarında yer bulması mümkün gözükmemekle birlikte, seramik veya metal alaşımlarda kullanılabilir. Ekzotik takviyeler alüminyum oksit, silikon karbür, alumina, silikon nitrit ve kuartzları kapsamaktadır.
TAKVİYE TÜRLERİNİN KARŞILAŞTIRMASI
Yaygın kullanımı olan kompozit takviye türleri arasındaki bazı temel farklılıkları belirtmek amacıyla aşağıdaki tablo düzenlenmiştir.
Cam :Yüksek mukavemet, İyi kalıplama özellikleri, Düşük maliyet
Karbon :Yüksek modül, Elektriksel iletkenlik, Yüksek maliyet
Aramid:İyi spesifik özellikler, Orta maliyet
Boron:Yüksek modül, Yüksek maliyet
Polyester:İyi darbe dayanımı ve Alkali dayanımı
Naylon:İyi darbe dayanımı ve Alkali dayanımı
Polietilen:Düşük yoğunluk, İyi darbe dayanımı, Düşük derece
Elyaf takviye malzemelerindeki gelişmeler nelerdir ?
Elyaf takviye malzemelerinin, birbirleriyle olan rekabeti hergeçen gün artmaktadır. Kompozit endüstrisinin içindeki bu rekabete kısaca değinelim;
Cam elyafı %96-98?lik pazar payı ile elyaf takviye malzemeleri arasında, kompozit endüstrisine hakim konumdadır. Geriye kalan %2-4?lük kısmı aramid, karbon ve doğal elyaf (pamuk, keten, kenevir v.s) malzemeleri oluşturmaktadır.
Aramid elyafı, cam elyafına göre, daha yüksek çekme dayanımı ve sertlik değerlerine sahiptir. Özellikle darbe dayanımının, yüksek olması nedeniyle kurşun geçirmez yeleklerde ? kevlar ticari markasıyla üretilen- kullanılmaktadır. Optik fiber kabloları, araç lastikleri, helikopter pervaneleri, spor ve eğlence amaçlı uygulamalarda, aramid elyafının diğer yaygın kullanım alanlarıdır.
Dupont , kevlar ticari markasıyla ve Teijin Limited ,twaron ticari markasıyla, bu sahada faaliyet gösteren iki ana üreticidir.
Uzakdoğu pazarında, son yıllarda optik kablo üretiminde, kevlar kullanımı artmıştır. Dupont firması, kapasite artışı ile müşteri taleplerini karşılamaya çalışmaktadır. Benzer şekilde spor ve eğlence sektöründe de, K.Amerika pazarında, aramid elyafına güçlü ve artan bir talep söz konusudur.
Aramid elyafının pahalı bir takviye malzemesi olması ve spesifik uygulama sahalarında kullanılması nedeniyle, cam elyafına göre sınırlı bir kullanımı vardır.
Karbon elyafının kompozit endüstrisindeki tüketimide, son yıllarda yüksek bir artış göstermiştir. ? 1997-2002 yılları arasında yıllık ortalama %5-8, önümüzdeki beş yıllık dönemdede %7-8?lik bir artış beklenmektedir. Otomotiv endüstrisinde, son ürün üreticileri ve karbon elyafı üreticileri arasında kurulan ortaklıklar, karbon elyafının otomotivde, yeni uygulama sahaları bulması ve daha düşük fiyatla pazara sunulabilme imkanlarının artması, yüksek büyüme oranlarını desteklemektedir. Bu durum, azda olsa önümüzdeki dönemlerde, cam elyafı pazarını etkileyebilir. Zoltek (A.B.D) , Hexcel (A.B.D) ve Cytec (A.B.D) Toray (Japonya), Mitsubishi Rayon (Japonya), bu sahada faaliyet gösteren ana üreticilerdir.
Doğal elyaf takviye malzemeleri, özellikle, otomotiv de, karbon ve cam elyafına alternatif malzeme olarak gösterilmektedir. Örneğin; Formüla 1 yarış arabalarında, kenevir doğal elyafının kullanılması daha yüksek alev dayanımı sağlamakta ve karbon elyafına göre daha ucuz bir seçenektir.
Bugün itibariyle, doğal elyaf ürünleri, ticari kullanımı karbon ve cam elyafı kadar yaygın olmayan ancak, önümüzdeki yıllar için özellikle otomotivde önemli bir potansiyele sahip olan,bilimsel araştırmaların yoğunlaştığı, takviye malzemeleri görüntüsü sergilemektedir.
Cam elyafı, çevre sağlığı koşulları gereği, özellikle otomotivde debriyaj ve fren balatası üretiminde asbest kullanımından pay almaktadır.
Cam Elyaf A.Ş bilgi ve belgelerine başvurulmuştur.
Nisan 12, 2015, 08:59:50 ÖS
