Cam Elyaf ve Fiberglas

  • Sektörel Araştırma
  • Ziyaret: 273
  • fiberglas, cam elyaf
  • Son Güncelleme: 5-04-2017
  •  
    Share on Tumblr       

Hazırlayan: B. Serhat Cengiz

Fiberglas, tek tek cam elyaflarından çeşitli formlarda bir araya getirilmiş bir grup ürünü ifade eder. Cam elyafları geometrilerine göre iki ana gruba ayrılabilir; ipliklerde ve tekstilde kullanılan sürekli elyaflar, bunun yanında ise yalıtım ve filtrasyon için tabaka, örtü veya levha olarak kullanılan kesintili (kısa) elyaflar. Cam elyaf, yün veya pamuk gibi iplik haline getirilebilir ve kumaşlara dokunabilir. Fiberglas tekstil, kalıplı ve lamine plastiklerin takviye malzemesi olarak sıklıkla kullanılır. Sürekli elyaftan yapılmış kalın, kabarık bir malzeme olan cam elyaf yünü, ısı yalıtımı ve ses absorpsiyonu için kullanılır. Genellikle gemi ve denizaltı bölmelerinde ve gövdelerinde bulunur. Ayrıca otomobil motor bölmeleri ve gövde paneli gömlekleri, fırın ve klima ünitelerinde; akustik duvar ve tavan panellerinde ve mimari bölümlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Fiberglasın farklı tipleri bulunmaktadır, Tip E elektrik yalıtım bantlarında, tekstilde ve takviye elemanı olarak, üstün asit direncine sahip Tip C kimyasal alanda ve Tip T ise ısı yalıtımı için özelleştirilmektedir.

 

Cam Elyafın Tarihi

Cam elyafının ticari kullanımı nispeten yenidir ancak endüstriyel ölçekte olmasa da tarih boyunca farklı kullanım alanlarını gözlemlemekteyiz. Rönesans döneminde kadehler ve vazoların süslenmesi için cam teller kullanılmıştır. Fransız fizikçi Rene-Antoine Ferchault de Reaumur, 1713 yılında ince cam iplerle süslenmiş tekstil ürünleri üretti ve İngiliz mucitler 1822’de bu başarıyı tekrarladılar. Bir İngiliz ipek dokumacısı ise 1842’de cam bir kumaş yaptı ve başka bir mucit Edward Libbey, Chicago’daki 1893 Columbian Exposition’da cam dokuma elbiseyi tanıttı. Bu elbise ilk kez döneminin popüler tiyatro oyuncusu Georgia Cayvan tarafından giyilmişti. Rastgele uzunluklarda kesintili elyaf yığınından oluşan cam yünü, yüzyılın başında Avrupa’da, çubuklardan yatay olarak döner bir tambura liflerin çizilmesini içeren bir süreç kullanılarak üretildi. Bundan onlarca yıl sonra bir eğirme işlemi geliştirildi ve patent alındı. Cam elyaf yalıtım malzemesi, I. Dünya Savaşı sırasında Almanya’da üretilmişti. Ancak cam elyaflarının gerçek anlamda endüstriyel üretimi 1930’lu yıllarda Amerika Birleşik Devletleri’nde gerçekleşti. Cam elyaf imalatı üzerine deneyler yapan Corning Glass, cam elyaf yalıtımpazarının potansiyel büyümesini fark ederek 1920’de Owens-Illinois’e yaklaştı ve cam elyaf üretiminde güç birliği önerdi. Owens-Illinois, Corning’in cam formüllerine ilişkin bilgisinin faydalarını kabul ederek bu öneriyi kabul etti ve şirketler, cam elyafı geliştirmenin maliyetlerini paylaşmaya karar verdiler. Owens-Illinois firmasında bir araştırmacı olan Russell Games Slayter, 1932 yılında erimiş cam yığını üzerine basınçlı hava jetini yönlendirdiğinde, cam elyafının seri üretimini de keşfetmiş oldu. Owens-Illinois 1936’da Corning Glass’ın Corning’in New York tesisindeki Corning’deki deneysel cam yünü ve diğer ekipmanlarını kurmasına yardımcı oldu. "Fiberglas” ilk olarak Ocak 1936’da Owens-Illinois cam elyaf ürünlerinde Owens-Illinois’ın markası olarak kullanıldı. 1938’de deneysel maliyetler, Owens-Illinois ve Corning Glass’ın ortak girişim faaliyetlerine ayrı bir şirket olarak devam edilmesi sonucunu doğurdu. Aynı yıl ilk olarak 1935’te başvurulan cam elyaf imalatı patenti Dale Kleist ve Jack Thomas’a verildi. 1 Kasım 1938’de ise Owens- Corning Fiberglas® Corporation’ın kurulduğu açıklandı. Owens-Corning, günümüzde de sektörün önemli bir firması olarak faaliyetlerine devam ediyor.

 

Nasıl Üretilir?

Cam elyafı ürünlerinin temel hammaddeleri çeşitli doğal mineraller ve üretilmiş kimyasallardır. Başlıca maddeler silis kumu, kalker ve soda külüdür. Diğer maddeler, kalsine alümina, boraks, feldispat, nefelin siyenit, manyezit ve kaolin kil içerebilir. Cam oluşturucu olarak silika kumu kullanılır, soda külü ve kalker esas olarak ergime sıcaklığını düşürmeye yardımcı olur. Boraks gibi bazı diğer maddeler kimyasal dirençli özellikleri iyileştirmek için kullanılır. Atık cam, aynı zamanda fıçı olarak da adlandırılır, hammadde olarak da kullanılır. Hammaddeler, kesin miktarlarda dikkatlice tartılmalı ve cam içine eritilmeden önce iyice karıştırılmalıdır.Toplu iş hazırlandıktan sonra erime için bir fırına verilir. Fırın elektrik, fosil yakıt veya ikisinin kombinasyonu ile ısıtılabilir. Düzgün, sabit bir cam akışı sağlamak için sıcaklığın tam olarak kontrol edilmesi gerekir. Erimiş camın lif haline getirilebilmesi için diğer cam türlerinden daha yüksek bir sıcaklıkta (yaklaşık 2500°F [1371°C]) tutulmalıdır. Cam erimiş hale geldiğinde, fırının ucundaki bir kanal (forehearth) vasıtasıyla şekillendirme ekipmanına aktarılır. Elyaf türüne bağlı olarak, lifleri oluşturmak için çeşitli işlemler yapılır. Tekstil elyaflar direkt olarak fırından elde edilebilir. Veya ergimiş cam ilk olarak çapı 0,62 cm (1.6 cm) olan cam mermerleri oluşturacak bir makineye yönlendirilebilir, bu mermerler camın kirlilik açısından görsel olarak incelenmesine izin verir. Hem doğrudan eriyen hem de mermer eritme işleminde, cam veya cam mermerler elektrikle ısıtılmış burçlara (ayrıca burun delikleri olarak da adlandırılır) yönlendirilir. Burç, platin veya metal alaşımdan yapılmıştır ve 200 ila 3.000 çok ince delik bulundurmaktadır. Erimiş cam deliklerden geçer ve ince filamentler halinde çıkar.


Cam Elyafın Dünden Bugüne Kullanım Alanları

Cam elyaf, polimerler ve karbon elyaf gibi diğer elyaflarla kabaca kıyaslanabilir mekanik özelliklere sahiptir. Karbon fiber kadar güçlü veya katı olmasa da, kompozit olarak kullanıldığında çok daha ucuz ve daha az gevrektir. Cam elyafları bu nedenle pek çok polimer ürünü için takviye edici bir madde olarak kullanılır. Çok güçlü ve nispeten hafif bir elyaf takviyeli polimer (FRP, Fiber- Reinforced Polymer) ve fiberglas olarak da bilinen cam takviyeli plastik (GRP, Glass Reinforced Plastic) bu ürünlerin en başta gelenleridir. FRP kompozit teknolojisinin endüstriyel dünyaya dahil edilmesi çok da eski değildir. Kimyagerler ve sanayicilerin 1900’lü yılların hemen sonrasında, doğadaki materyalleri, onlardan daha üstün özelliklere sahip olacak şekilde taklit etmek adına esur adımlar attılar. Bilim adamları, elektronik, savunma ve nihayetinde uzay teknolojilerinin ihtiyaçları üzerine çalıştılar. Bu çalışmaların sonucunda, Kevlar’ın kurşunları durdurması gibi, bilinen ilkelere meydan okuyan özelliklere sahip malzemeler üretmek mümkün oldu.

 

Bilinen ilk FRP ürünü, 1930’lu yılların ortalarında, bir köpük kalıpta döşenen fiberglas kumaş ve polyester reçineyi kullanarak bir imalat denemesinin parçası olarak üretilen bir tekne gövdesi idi. FRP kompozit uygulamaları, havacılık, deniz, elektrik, korozyon direnci ve otomotiv/ ulaşım dahil olmak üzere tüm endüstrilerde devrim yarattı. Elyaf takviyeli polimer (FRP) kompozit malzemelerin, özellikle savunma sanayiinde havacılık ve denizcilik uygulamalarında kullanılması 1940’ların başına kadar uzanmaktadır. ABD Hava ve Deniz Kuvvetleri, FRP’yi yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahip olduğu, hava ve denizdeki korozif etkilere karşı dirençli olduğu için kullandı. İkinci Dünya Savaşı zamanı metal arzındaki zorlukların da etkisiyle alternatif olarak FRP’ye odaklanılmıştı. 1945 yılına gelindiğinde başta askeri uygulamalar olmak üzere 3,5 milyon kilogramdan fazla cam elyafı sevkiyatı yapılıyordu. FRP kompozitlerinin yararları, özellikle de korozyon direnci özellikleri, kamuya iletildi ve büyük ilgi gördü. Örneğin, 1948 yılında piyasaya sürülen cam elyafı borusu, korozyon açısından üstün özellikleri sayesinde petrol endüstrisi pazarında en geniş şekilde kullanım alanı buldu. FRP kompozitler, kimyasal işlemlerin yüksek basınçlı, geniş çaplı durumlarda bile diğer geleneksel malzemeler için iyi bir alternatif oluşturduklarını kanıtlandı. Üstün korozyon direncinin yanı sıra, FRP borusu hem dayanıklılık hem de mukavemet sunarak iç astar, dış cephe kaplaması ve / veya katodik koruma ihtiyacını ortadan kaldırmaktaydı. 1950’lerin başından bu yana, FRP kompozitler kimyasal işleme, kağıt hamuru ve kağıt, enerji, atık arıtma, metal arıtma ve diğer imalat sanayilerindeki ekipman için yaygın olarak kullanıldı ve halen kullanılmaktadır. Kimyasallar veya benzinli yer altı tanklarının yanı sıra birçok ürün ve kimya tesisleri gaz yıkayıcıları, hazneler, davlumbazlar, kanallar, fanlar, istifler, borular, pompalar ve pompa tabanları, vana gövdeleri ve yerüstü zeminleri gibi ürünlerde sahada kanıtlanmış performansa yardımcı olmaktadır. 40’lı yıllardan sonraki yıllar, FRP kompozitleri için yeni ve çoğu zaman devrimci uygulamalar getirdi. İkinci Dünya Savaşı’ndaki Manhattan nükleer projesi için gerekli güçlendirilmiş plastik halkaları üreten teknoloji, 60’lı ve 70’li yıllarda katı roket motorlu kasalar ve tanklar için yüksek performanslı kompozit materyallerin geliştirilmesini sağladı. Fiberglas duvar tankları, Skylab projesi kapsamında uzayda, dünya yörüngesinde görev yapan astronotlara oksijen sağlamak amacıyla kullanıldı.

 

Farklı uygulamalara gelirsek, 1953’te fiberglas gövde panellerine sahip Chevrolet Corvette montaj hattından çıkarıldığını görüyoruz. Bu kapsamda, günümüzde de yüksek performanslı yarış arabaları, binek araçlar için teknoloji transferi açısından halen zemin oluşturmaya devam ediyor. 1960’lı yıllarda, İngiliz ve ABD donanmaları aynı anda mayın tarama gemileri geliştiriyorlardı, çünkü FRP kompozitleri denizin sert ortamında diğer malzemelere göre üstün özelliklere sahip olmasının yanında, manyetik olmadıkları için de çok önemli bir avantaj getiriyorlardı. Bu şekilde, FRP’nin bir gemi veya bir uçak gibi yapının radar imzasını azaltma yeteneğine sahip olduğu fark edildi. Yüksek performanslı kompozit malzemeler, F-117 Stealth Fighter ve B-2 Bomber gibi gelişmiş teknolojiye sahip uçaklarda üstünlüklerini göstermişlerdir. Şu anda, FRP kompozitleri uzay uygulamaları için kullanılmaktadır ve birçok farklı NASA projesinde test edilmektedirler.

 

Havacılık

Havayolu endüstrisi enerjiyi koruyan ve daha çevre dostu olan uçaklara ve teknolojilere dönüşüyor ve bu anlamda fiberglas ideal bir çözüm oluşturuyor. Ağırlıkmukavemet oranı, darbe ve korozyon direnci ve fiberglasın yanıcı olmayan özellikleri, havacılık endüstrisinde uçak laminatları, bagaj kutuları ve diğer kompozit yapıların takviyesinde son derece pozitif etkiye sahip. Airbus A380 ve Boeing 787 Dreamliner gibi daha yeni ticari uçaklarda hafif kompozitler kullanırken, eski uçakların geleneksel malzemeleri de hafif fiberglas kompozitlerle değiştiriliyor.

 

Uygulamalar:

Bavul kutuları, iç paneller ve döşeme, yapısal parçalar, yakıt depoları, helikopter bıçakları, yüklerin liman işleri.


İnşaat

Bina inşaatı ve şantiye alanları fiberglas ürünlerle doludur. Cam elyafın hafifliği, merdivenler, kürekler ve aletgövdeleri gibi araçların taşınmasını kolaylaştırır. Korozyona dayanıklı özellikler cam elyafı küvetler ve duş kabinleri için ideal bir malzeme haline getirir. Yangına dayanıklı olduğundan, duvar panosu, alçıpan ve çatı kaplamalarında kullanılır. Fiberglas, ahşap, çelik ve alüminyuma birçok farklı açıdan cazip ve çevre dostu bir alternatif sunmaktadır.

 

Uygulamalar:

Pencere ve parmaklıklar, alçıpan, küvetler ve duşlar, çatı kaplama zona, böcekler ve güneşlik ekranlar, duvar kaplamaları.

 

Tüketici Ürünleri

Çevremize baktığımızda, her gün kullanılan aktivasyon ürünlerinin fiberglas ve fiberglas takviyeli plastik olduğunu görürüz. Esnekliği ve hafifliği nedeniyle fiberglas, spor malzemeleri, takviyeli tekneler, jet ski ve yüzme havuzlarının üretiminde sıklıkla yer almaktadır. Fiberglas, ayrıca DIY (Kendin Yap) projelerinde de çok farklı şekillerde ve başarıyla kullanılmaktadır.