Takviye Malzemelerin Türleri ve Özellikleri

İki ya da daha fazla sayıda malzemenin birbirlerinin zayıf yönlerini geliştirmesiyle oluşturulan kompozit malzemelerin temel iki bileşeninden birisi takviye malzemeleridir. Bu malzemeler, diğer bileşen olan matris bileşenini güçlendirir ve kazandırdığı mukavemet ile dayanım özellikleri ile kompozit malzemenin oluşmasını sağlar. Bu malzemeler hakkında daha fazla bilgiye yazının devamından ulaşabilirsiniz.

Takviye Özelliğine Sahip Malzemeler

Tanımı gereği kompleks bir yapıya sahipmiş gibi algılanan takviye malzemeleri aslında doğa içerisinde işlenmemiş halleriyle de yer alır. Örneğin ağaçlardaki selüloz bu gruba dahil edilebilir. Bununla birlikte üretim süreçlerinde en sık kullanılan takviye malzemesi cam elyafıdır. Yine karbon elyafı, polyester, naylon gibi günlük hayatta da sıklıkla karşılaştığımız malzemeler de işlenen grupta kendilerine yer bulurlar. Hangi maddeden üretilmiş olursa olsun bu malzemeler, güncel ürün gereksinimleri ve süreç özellikleri açısından oldukça fazla alternatif sunabilir olmalarıyla öne çıkar. En çok bilinen takviye türleri, fitil, öğütülmüş lifler, kırpılmış lifler ve çeşitli keçelerdir. Bu bağlamda yapılan bir diğer kategorizasyon da yönlülüktür. Çok yönlü yakviyeler, devamlı elyafın belirli bir oluşurken, tek yönlü takviyeler; şeritleri, demetleri, tek yönlü kumaşları, tek veya çok uçlu fitilleri kapsar.

Takviye Malzemelerin Gelişmesi

Kompozit malzemelerin gelişmeye başladığı ilk dönemde sıklıkla geleneksel tekstil ve kumaşlardan oluşan takviye malzemelerine rastlanırdı. Cam elyafın bu amaçla kullanılmaya başlandığı dönemde, polimer ile takviye malzemesi arasında kimyasal bir bağ kurma ihtiyacı ortaya çıkmış ve bu doğrultuda elyafa bağlayıcı uygulanmaya başlanmıştır.

Termoset ya da termoplastik reçinelerin takviye edildiği ürünlere elyaf üretimi esnasında ya da sonraki aşamalarda yüzey kaplayıcı bu nedenle uygulanır.

Kompozit Endüstrisinin Öncü Takviye Malzemesi Cam Elyaf

Kompozit malzemelerde “olmazsa olmaz” şeklinde nitelendirilen cam elyaf, E camından üretildiğinde, yüksek elektriksel yalıtım özellikleri, neme karşı direnç sağlaması ve mekanik anlamdaki özellikleri sayesinde polimer matriks kompozitleri içinde en sık kullanılan takviye malzemesi olarak öne çıkar. Diğer bir cam kompozisyonu olan S camı ise daha yüksek mukavemet, ısıya olan dayanıklılığı, geliştirilmiş kimyasal özellikleri gibi daha spesifik bir cam elyafı olma özelliğini taşır.

Takviye Malzemelerin Terminolojisi

En sık kullanılan takviye malzemesi cam elyaf olmakla birlikte, bu malzemenin üreticileri evrensel bir terminolojiyi kullanmaktadırlar.

Örneğin; tek veya çok uçlu fitillerde birim ağırlık başına düşen uzunluğu ifade etmede “yarda”, bir ürünün birim uzunluktaki ağırlığını tanımlamada ise “denye” kavramları kullanılmaktadır. Cam elyafın üzerindeki organik bağlayıcıların kaldırılması için ısıtılması neticesinde elyaf üstünde kalan bağlayıcı miktarının azalmasındaki yüzdesel oran ise “Kızdırma Kaybı” şeklinde tanımlanır.

Çok Uçlu ve Tek Uçlu Filtreler

Esas olarak termoset bileşimlerde kullanılan fitiller, termoplastiklerde de kullanılan takviye malzemeleridir. Çok uçlu ya da bileşik fitil, daha az sayıda delik içeren kovanlardan üretilen cam elyafı demetlerinin birbirine paralel olarak sarılması ile üretilen fitil olarak ifade edilir. Özellikle SMC, ön kalıplama ve püskürtme kalıplama yöntemlerinde bu fitiller tercih edilir. Tek uçlu fitiller ise cam liflerinin doğrudan sarılmasıyla elde edilir. Elyaf sarma, pultruzyon gibi uygulamalarda tek yönlü takviye malzemesi olarak tek uçlu fitiller kullanılır.

Keçe ve Kumaşlar

Genellikle birim alan ağırlığı ile ifade edilen keçeler, kumaş ailesinin en düşük mekanik değerlere sahip takviye malzemeleridir. Hareket eden bir konveyör bant üzerine, kırpılmış(kesikli) veya kontinüelyaf demetlerinin rastgele bir şekilde yerleştirildiği, bir üretim yöntemi olmaları neticesinde oranları düşük olarak ortaya çıkar.

Çözülebilen ve çözülemeyen şeklinde iki farklı kategoriye ayrılan keçelerde diğer farklılıklar keçeyi bir arada tutan bağlayıcı miktarına ve türüne göre ifade edilir.

Kumaş ise bütün düz tabakaları, kumaş olsun veya olmasın, rulo haline getirilebilen malzemeleri ifade eder. Kumaşın herhangi bir elyaf ile üretilmesi mümkün olmakla birlikte sıklıkla cam elyafı, karbon ve aramid kullanıldığı görülür. Kumaşların dört farklı türü bulunur:

Son 50 yıldan bu yana kullanımı artan ve sıkı örülmüş cam elyafından bir plaka oluşturan takviye malzemelerini ifade eden “Dokunmuş Kumaşlar”
Bu malzemeler arasına daha da yeni katılan ve takviye için kırpılan elyafların birleştirilmesiyle daha yüksek performans sağlamayı amaçlayan “Dikilmiş Kumaşlar”
İnce bir tabaka üzerine yayılan cam demetinin mekanik veya yapıştırmayla birleştirilmesi ile elde edilen ve en yüksek mekanik değere sahip olan “Towsheet”
Rulolanabilir bir ürün haline getirmek maksadıyla yapıştırılarak birleştirilen veya mekanik bir uygulamayla dikilen “Keçe” şeklinde bu kategoriler sıralandırılır.

Tüm bunlarla birlikte takviye malzemenin rastgele yığılması, onun sıkı sarılan bir ambalaja dönüşmesini engellediğinden, uygun bir kompozitin oluşturulması için lifler arasındaki hava ile reçinenin yer değiştirmesi hedeflenir. Keçe grubu içerisinde yer alan elyaf ürünlerin rastgele ve genellikle devamlı olmayan yapıları nedeniyle de mekanik değerleri düşer.

Kırpılmış Demetler

Kırpılmış demetler genel olarak iki başlık altında değerlendirilen takviye malzemeleridir. BMC hazır kalıplama birleşiminde sık kullanılan ve belirli uzunluklarda kırpılan liflere “Kırpılmış Demetler” adı verilirken, cam filamentlerinin öğütülmesi ile elde edilen malzemeye de “Öğütülmüş Lifler” adı verilir.

İleri Teknoloji Ürünü Lifler ve Elyaf Çeşitleri

Cam elyafı takviye malzemeleri arasında en sık kullanılan ürün olsa da çeşitli ürünler ve dönemlerde yüksek teknoloji sayesinde oluşturulan ürünlere de ihtiyaç duyulur. Örneğin;

Uzay endüstrisi, spor endüstrisi, denizcilik, otomotiv gibi sektörlerde sıklıkla kullanılan “Aramid Elyafı, yüksek mukavemet/ağırlık oranını beraberinde getirmesiyle öne çıkar.
Yüksek teknolojinin ilk ürünü olan Bor Elyafı çok yüksek maliyeti ve yoğunluğu nedeniyle az kullanılan malzemelerden biridir.
En sık kullanılan yüksek teknoloji ürünlerden biri karbon/granittir. Düşük yoğunluk, yüksek mukavemet, yüksek modül kombinasyonu sayesinde avantaj sağlar.
Kendine yeni kullanım alanları bulan ve yüksek performans özellikleri ile dikkat çeken termoplastik polyester ve naylon lifler,
Seramik veya metal alaşımlarda kullanılan ekzotik takviyeler, yüksek teknoloji ile oluşturulan takviye malzemeleri olarak gruplandırılabilirler.

Kompozitlerde Ara (Core) Malzeme Kullanımı

Kompozit pazarının temel malzemesi haline gelen sandviç konstrüksiyonlu ürünlerde ara malzeme yüksek mukavemetli iki cidar arasına yapıştırılır. Bu sayede eğilme dayanımı 3,5 kat, sertlik 7 kata kadar arttırılabilir. Sandviç konstrüksiyon yapısını I kirişi yapısına benzer. Bununla birlikte kesme yükünün ara malzeme ve yapıştırıcının dayanabileceği değeri aşmadığından emin olmak dikkate alınması gereken diğer bir husustur.

Cidar herhangi bir malzemeden kullanılabilir. Genelde cam, karbon, alüminyum gibi ürünler cidar olarak kullanılır. Ara malzeme ise 4 kategoriye ayrılır:

Köpükler
Sentaktik Köpükler
Bal Peteği
Tahta / Balsa Ağacı

Sandviç Yapının Faydaları

Cidar ve ara malzemenin farklı yük kaldırma özellikleri, iyi bir sandviç konstrüksiyon oluşturulduğu takdirde malzemelerin tek başına sağlayabileceği faydadan daha fazla fayda sağlar. Bu da tam anlamıyla takviye malzemesinin neden kullanıldığına dair soruya yüksek bir performansla cevap verme anlamına gelir.

Taşımacılık ve inşaat sektörünün büyüyen görünümü sistem yaklaşım mühendislerinin dikkatini daha fazla celp eder. Sandviç yapıdaki ürünler, sistem yaklaşım mühendislerine tasarım etkinliği ve verimliliğinin karşılanması konusunda beklenenden daha fazlasını sağlar.