1

1.GİRİŞ

Polietilen tereftalat, naylon 6, naylon 66, poliakrilonitril, polipropilen ve viskoz

rayon gibi lifler giysi ve ev tekstillerinde kullanılmasının yanı sıra, endüstriyel lifler veya

teknik tekstiller olarak da kullanılmaktadır. 1991 yılında ABD’de endüstriyel polyester iplik

tüketimi toplam polyester filament iplik tüketiminin %50’sinin üstünde gerçekleşmiştir.

Yakın geçmişte, lif üretim modeli önemli değişiklikler göstermiş, endüstriyel ülkeler

endüstriyel pazarlar için daha az miktarda fakat katma değeri yüksek ürünlere, gelişmekte

olan ülkeler ise genel kullanım eşyasında kullanılacak lifler için üretim kapasitelerini

artırmaya yönelmiştir. Bu kapsam da, suni olarak imal edilen liflerin doğru şekilde

sınıflandırılması gerekmektedir. Endüstriyel lifler çeşitli özelliklerin bir kombinasyonu esas

alınarak kullanılmaktadır ve bunun içinde mekanik özellikler, sıcaklık dayanımı, kimyasal

dayanım, yanma dayanımı vb. bulunmaktadır. Mekanik özelliklere dayanan ve çok sık yapılan

bir sınıflandırmada lifler dört kategoriye ayrılmaktadır.

1. Ortalama mekanik özelliklere sahip lifler: Standart tekstil lifleri bu kategoride yer

almaktadır. Mekanik özellikleri şu şekilde sıralanabilir: kopma mukavemeti 3-5 g/denye,

kopma uzaması %35, elastiklik modülü 30-60 g/denye ve tamamıyla geri gelebilen uzama

%5. Bu lifler non-woven’lar gibi endüstriyel sektörde de yer bulmaktadır.

2. Ortalamanın üstünde mekanik özellikler: Lastik kordları gibi endüstriyel lifler bu

kategoride yer almaktadır. Belirtilen mekanik özellikleri şu şekildedir: Kopma mukavemeti 7-

8 g/denye kopma uzaması %8-15, elastiklik modülü 50-80 g/denye.

3. Üstün mekanik özelliklere sahip lifler: Bu lifler de endüstriyel liflerin altında yer alır.

Kopma mukavemeti 8-20 g/denye, kopma uzaması %5-15, elastiklik modülü 80-250 g/denye

aralığındadır. Bu tür liflerin geliştirilmesi yoğun araştırma gerektirmekte ve 2 ve 4

kategorilerinde yer alan liflerin özellikleri arasında bir köprü kurulması hedeflenmektedir.

4. Üstün mekanik özellikler gösteren lifler: Yüksek performanslı lifler bu kategoride yer

almaktadır. Yukarda sayılan kategorilerde yer alan polimerik liflerden farklı olarak, inorganik

veya metalik de olabilirler. Polimerik yüksek performanslı liflerin kopma mukavemeti 15-50

g/denye, kopma uzaması %0,5-5, elastiklik modülü 250-4000 g/denyedir. Polimerik olmayan

yüksek performanslı liflerin mukavemet ve modülü de çok yüksektir, fakat yüksek

yoğunluklarından dolayı özgül mukavemet ve spesifik modülü polimerik olanlar kadar yüksek

olmayacaktır.

2

Endüstriyel uygulamalar için lifler:

a) Ortalama mekanik özelliklere sahip lifler: Bu liflerin çoğu standart tekstil

kullanımlarında, non-woven ürünlerde ve çeşitli endüstriyel kumaşlarda kullanılır.

b) Ortalamanın üstünde mekanik özelliklere sahip lifler: Ortalamanın üstünde mekanik

özelliklere sahip endüstriyel lifler giysi ve ev tekstilinde kullanılan liflerin üretimi için

kullanılanlara benzer teknikler ile üretilir. Polyester, poliamid ve poliolefinler için eriyikten lif

çekimi ve viskoz ve akrilik için yaş çekim uygulanmaktadır. Tabii ki, başlangıç malzemesi ve

işlemde bazı önemli farklar bulunmaktadır. Örneğin, giysilerde kullanılacak poliamidlerin

ortalama molekül ağırlığı 18000 g/mol civarında iken, endüstriyel uygulamalar için ortalama

molekül ağırlığı 25 000 - 35 000 g/mol aralığında yer almaktadır. Buna ilaveten, malzemenin

UV ve ısıl bozunmasına karşı stabilize edilmesi için katkı maddeleri eklenmektedir. Çekim

oranı giysilerde kullanılacak lifler için 2,6-3,6 iken, burada 3,5-4,5 aralığındadır. Endüstriyel

filamentler daha kalındır ve bunların daha yüksek çekim oranlarında çekilmesi için nispeten

daha yüksek çekim sıcaklıkları kullanılmaktadır.

c) Üstün mekanik özelliklere sahip lifler: Üstün mekanik özelliklere sahip endüstriyel lifler

çözelti ve/veya jelden lif çekim teknikleri ile üretilmektedir. Yüksek molekül ağırlığına sahip

etilen tereftalat’ın jelden lif çekimi ile 30 Gpa elastiki modülü ve 15 g/denye ‘ilk kopma

mukavemeti ne sahip lifler üretilir. Bu sınıfta yer alan lifler daha basit eriyikten lif çekim

teknikleri ile özel çekme ve fikse işlemleri kullanılarak üretilebilir

Bu metotlardan birinde, amorf veya çok düşük kristalin özellikteki PET lifi başlangıç

malzemesini oluşturabilir. Life düşük bir kristalinite verilmesi için nispeten düşük sıcaklıkta

çekilir ve kristalleştirme ile yüksek gerilmede yüksek derecede yönlenmiş kristalin ve daha az

zincir katlanması olan bir life dönüştürülür.

Yüksek performans uygulamaları için lifler:

Teknolojik yenilikler sayesinde yüksek performanslı liflerin artmasında önemli

gelişmeler kaydedilmiştir. Bunların arasında polimerik lifler (aramidler, düzenli polimerik

lifler, aromatik kopoliesterler ve uzun zincirli esnek poliolefin lifleri), karbon lifi, cam lifi,

boron lifi, silikon karbid ve alümin gibi seramik lifleri ve metalik lifler bulunmaktadır. [1]

3

2. ARAMİD LİFLERİ

2.1. Giriş

Klasik alifatik poliamidlerden, farklı özellikleri ile ayrılan aromatik poliamidlere

1974 yılında ABD ticaret komisyonu tarafından aramidler adı verildi. ABD Dupont şirketi

tarafından geliştirilen ilk aramid lifi 1965 yılında piyasaya tanıtıldı. Bu Nomex® adı verilen

Meta yönlendirmeli (Meta-phenylene-isophthal-amide) bir aramid idi.

2.2. Tipler ve Sınıflandırma

Ticari olarak başarı sağlayan aramidlerin iki tipi vardır. Bunların her ikisi de, yüksek

performanslı lif olarak sınıflandırılabilir liflerin ilk tipi yüksek ısıya dirençlidir ve meta

aramid grubuna dahildir, yüksek derecede bir mukavemete ve modüle sahiptirler ve sıcaklığa

karşı mükemmel bir dirençleri vardır. Kullanım alanları büyük ölçüde sıcaklık ve yüksek

mukavemet gerektiren yerlerdir. Bu sınıftaki aramid lifleri yüksek erime/bozulma

derecelerine (600-800ºC) sahiptirler. Ticari yönden önem kazanan meta-aramid türlerine

Amerikan Dupont tarafından üretilen Nomex® ve Japon Tein tarafından üretilen Conex®

örnek verilebilir.

1970 yıllarının başında Dupont tarafından aramid lifinin ikinci sınıfı piyasaya

sunmuştur. Bu Kevlar® olarak adlandırılan para-aramid idi. Bu yeni materyal ısıl dayanıma,

yüksek çekme mukavemeti ve yüksek modüle sahip lif olarak, yüksek performanslı lif olarak

yeni bir dönemin başlangıcı olmuştur. Dupont’un 20 poly(p-phenylene terephalamide)

yapısındaki para-aramidlerin geniş kullanım alanına sahip birkaç çeşidi mevcuttur. Bunlara

örnek olarak Kevlar® 29, Kevlar® 49, Kevlar® 149 ve Kevlar® 981 gösterilebilir. Bu liflerin

benzer çeşitlerinin diğer büyük üreticisi de Akzo’dur ve ürettiği para-aramid Twaron® olarak

adlandırılır. Teijin tarafından Japonya’da bir kopolimer yapılı aramid olan ve ticari olarak

Thecnora® olarak bilinen bir lif geliştirilmiştir. Bu bir poly(p-phenylene terephtelamide) ve

poly(3-4-oxy di-phenylene terephtelamide) kopolimeridir. Yakın geçmişte Hoechst p-aramid

lifinin yeni bir tipini üretmiştir. Hoechst’ün lifi Thecnora ile benzer bir kimyasal yapıya ve

mekanik performansa sahiptir. Yukarıda belirtilen ticari olarak mevcut p-aramid liflerinin

hepsinde ortak özellikleri para konumlu bir fenilen yapısının moleküler yapısında

bulunmasıdır.

4

2.3. Lif Üretimi

Şekil 1’de gösterilen akış diyagramı, para-aramid polimerlerinden lif çekilme

aşamalarını göstermektedir. Kevlar® para fenilen diamin ve teraftaloil kloridden yapılır.

Bunlar önce hamur kıvamına getirilmek için H2SO4 gibi kuvvetli bir aside eklenecek olan

çözücünün içinde çözündürülürler. Hamur kıvamındaki karışımın konsantrasyonu önemli bir

faktördür. Normal olarak lifin sağlamlığı, karışım konsantrasyonundaki artış ile doğru

orantılıdır. Bununla birlikte yeterli eğirme için diğer faktörlerde, mesela yapısında var olan

viskozite önemle dikkate alınmalıdır. Bu karışımdan lifler genellikle 70-90°C arasında bir

sıcaklıkta çekilirler. Müteakiben çekilen lifler kısa bir hava kanalından geçirilerek sonra

doğrudan su yada seyreltik sülfürik asit içeren koagülasyon banyosuna sevk edilirler.

Koagülasyon banyosunun sıcaklığı 25°C civarında olması yeterlidir. Ancak 5ºC civarında bir

koagülasyon banyosundan geçirilirse daha yüksek mukavemete sahip lif üretilmiş olacaktır.

Koagülasyon banyosundan sonra filamentler yıkanıp kurutulurlar ve daha sonra bobine

sarılırlar.

Eğrilmiş filamentlere sonradan tatbik edilen ısıl işlem, Kevların bilinen yüksek

performans özelliklerini elde etmek içindir. Normal olarak bu işlem filamentlerin ısınmış bir

tüp içinden belli bir gerilim altında, nitrojen gibi inert bir atmosfer içinde 150-550ºC

sıcaklıkta geçirilmesiyle gerçekleştirilir. Bu liflerin gerilme özellikleri ısı uygulama şartlarına

bağlı olarak oldukça değişken olabilir. Tablo 1’de gerilme özellikleri üzerine, ısı

uygulamasının etkisini göstermektedir. Twaron’da ise para fenilen diamin ve teraftaloil

kloridle, bir çözücü içinde (mesela N-metil pirroliden) terattaloil kloridle polikondenzasyonun

tamamlanması için tepkimeye sokulmaktadır. Reaksiyon karışımı daha sonra eğirme işlemine

uygun sabit viskozitede bir çözelti elde etmek için Ca(OH)2 veya CaO ile nötralize edilir.

TDC ve PPD Monomerleri

NMP, CaCl2 Solvent

Polimerizasyon

Koagülasyon,Ekstraksiyon,Kurutma

Çözme

Eğirme

Yıkama , Nötralizasyon ,

Kurutma

Bobinleme

H2SO4

H2O

H2O , H2SO4

Solvent Geri Kazanımı

5

PPD: parafenilen diamin

TDC: teraftalol klorit

Şekil 1: Para aramid polimerden lif üretim aşamaları [2]

6

Tablo 1: Isıl işlemin mukavemet özellikleri üzerindeki etkisi [2]

İşlem Sıc.

(ºC)

Süre

(dak.)

Gerilim

(g/tex)

Mukavemet

(Gpa)

Modül

(Gpa)

Uzama

(%)

İşlemsiz - - 3,46 87,1 4,3

250 3 5,4 3,61 107,1 3,5

400 3 3,6 2,81 114,1 2,7

550 6 1,6 2,85 133,8 2,1

Eğirme işlemine müteakiben filamentlere yüksek sıcaklıkta n-methyl pyrrolidone veya

kalsiyum klorid içeren sulu koagülasyon banyosu içersinde süper gerdirme uygulanır. 500°C

ye yakın bir sıcaklıkta uygulanır ve gerdirme oranı yaklaşık 10 dur. Böylelikle lifin

kristalinitesi ve buna bağlı olarak mukavemet ve modül artmış olur.

2.4. Lif Yapısı

Poly(p-phenylene tereftalamid), diğer adıyla PPTA, diğer önemli sentetik liflerin

üretiminde kullanılan polimerlere göre çok daha az bir fleksibiliteye sahiptir. Aromatik yapı

üzerindeki para pozisyonlu bağ çevresindeki rotasyon, esnekliğin sadece küçük bir miktarını

ortaya çıkarır. Normalde P-aramidler organik çözücülerde ne erir nede çözünürler. PPTA

lifleri son derece kristalize materyallerdir. Moleküller, paralel olarak hidrojen bağlarıyla

oluşmuş düzlemlerde düzenlenirler. Birim hücrenin teorik yoğunluğu 1.48 gr/cm³ tür.

2.5. Özellikler ve Performans

Aramidlerin özelliklerini asbestin sıcaklığa karşı direncine ve camın sertliğine sahiptir

diye özetleyebiliriz. Aramidler bu özelliklerinden dolayı çok amaçlı kullanıma elverişlidirler.

Aramid liflerinin ışığa karşı direnci genellikle düşüktür. Belirli şartlarda yaklaşık

olarak 3 ay güneş ışığına maruz kaldığında kuvvetinde yarı yarıya azalma olur. UV ışınlar

liflerin rengini saman renginden kahverengiye doğru değiştirir. Bu sebepten dolayı açık

yerlerde kullanımları için lif yüzeylerinin başka malzemeler ile kaplanması tavsiye edilir.

7

Nomex, Kevlar ve Twaron lifleri UV ışınları karşısında büyük oranda kuvvet kaybına

uğrarlar.

Morgan ve arkadaşları Kevlar 49’un hidrolitik bozulması üzerinde çalışmışlardır.

Hidrolitik bozulmasından dolayı kuvvetin kaybı, nem, zaman, sıcaklık ve gerginlik düzeyinin

fonksiyonu olarak ölçülmüştür. Hidrolitik bozulma özellikle aramidlerin akışkan bulunan

ortamlarda kullanılması (örneğin sızdırmazlık elemanı olarak) durumunda çok büyük önem

arz eder.

Termal çekme, Kevlar tipi lifler için 400°C ye kadar neredeyse hiç görülmemiştir.

Ancak Enka’nın aramidi olan Twaron’da 400°C de yaklaşık %1 çekme göstermiştir.

Aramid lifleri kimyasallara karşı da son derece dayanıklıdırlar. Organik çözücülere

dirençlidirler. Bununla beraber, sıcak asit ve alkaliler mukavemette azalmaya neden olur.

Örneğin %60 H2SO4 ve %50 NaOH solüsyonları life zarar verir.

2.6. Kullanım Alanları

Para-aramidler her biri özel kullanım amaçlı tasarlanmış farklı fiziksel özelliklere

sahip çeşitli versiyonlar olarak bulunabilirler. Araştırmacılar para-aramidlerin başlangıçtan

itibaren yeni ve değişik kullanımları sürekli rapor ettikleri için bugün pek çok uygulama alanı

mevcuttur. Bununla birlikte şu an p-aramidler aşağıdaki alanlarda çok başarılı bir şekilde

kullanılmaktadırlar:

i) Koruma amaçlı materyallerin yapımında

• Balistik koruma (kurşungeçirmez yelek, zırh, panel)

• Yaralanmaya karşı koruma (yüksek riskli işlerde ve spor dallarında elbise, önlük,

eldiven, ayakkabı, vs yapımı)

• Yüksek ısıdan koruma (yanmaz eldiven, giysi)

ii) Endüstriyel Materyaller

• Filtre kumaşları (aside ve sıcağa dayanıklı)

• Dar enli dokuma mamuller (kemer gibi)

• İnşaat mühendisliği materyalleri (jeotekstil materyaller)

• Halat, ip, kablo yapımı ve örgü mamullerin yapımı

• Yüksek performanslı dokusuz yüzeyler

iii) Lif takviyeli kompozit malzemeler

• Termoset plastik kompozitler (uçak parçaları, spor malzemeleri, basınç odaları. vs)

• Termoplastik kompozitler (iş makinesi parçaları, elektronik ekipmanlar)

8

• Çimento takviye elmanı olarak kullanımı

iv) Asbest’e alternatif kullanım alanları

• Sızdırmazlık contaları

• Sürtünmeye dayanıklı malzemeler

• Yumuşak salmastra üretimi

Aramid lifi son yıllarda yeni bir uygulama alanı pulp (toz) olarak kullanılmasıdır.

Pulp, aramid lifinin çok kısa (0.05-8mm) boylarda kesilmesiyle elde edilir. Çok kısa lif

boyunda olması iyi yay ve yüksek yüzey alanı sağlar. Bu durum sürtünmeye dayanıklı

mamullerin yapılmasına imkan verir.

Para yüksek sertliklerinden ve kimyasal dayanımlarından dolayı bugün asbestin

kullanıldığı birçok yerde alternatif ürün olarak rahatlıkla kullanılabilmektedirler. Asbestin

yaygın olarak kullanıldığı alanlardan birisi de sızdırmazlık elemanlarının yapımıdır. Ancak

sağlık açısından tehlikeli olması nedeniyle kullanımı sınırlanmaktadır. Aramidler yüksek

sertliği, yüksek ısıl dayanımı ve kimyasal dayanımı nedeniyle bu alanda asbeste muadil olarak

kullanılmaya başlamışlardır. Bu alanda en çok kullanılan aramid tipleri Kevlar®, Nomex

Twaron® ve Trevar katı partikül içeren aşındırıcı ortamlarda ve sulu çimento basımında çok

iyi performans göstermektedirler. Yüksek mukavemeti ve rijitliği dolayısıyla yüksek basınçta

ve yüksek devirlerde çalışan pompalarda tercih edilmektedirler

Para-aramidlerin pH aralığı 3-11 civarındadır. Bu aralıkta olmak kaydıyla kimyasal

dayanımı çok iyidir. Meta-aramidler ise pH 1-13 arasında rahatlıkla çalışabilirler. Hidrolitik

direnci de son derece iyidir. Ancak mukavemet düzeyinin daha yüksek olmasından dolayı

salmastra üretiminde genelde para-aramidler tercih edilmektedirler. [2]

9

3. SERAMİK LİFLERİ

3.1. Giriş

Seramikler metalik olmayan organik malzemelerdir. Oksitler, nitritler ve karbitler

seramik malzemelerin esasını oluştururlar. Silika karbon ve cam lifinin kullanıldığı yerlerde

uygulama alanı bulurlar.

Alışılagelmiş tekstil lifleri, tabi ve sentetik organik polimerlerden müteşekkildir.

Cam, asbest ve karbon lifleri bilinen istisnalardır. Seramik liflerin önemi ve üretim hacmi,

malzeme alanındaki gelişmelerin hızlanmasına paralel olarak, her geçen gün artmaktadır.

Askeri ve sanayi kullanım alanlarındaki, daha hızlı, daha yüksek performanslı, daha

sert ve daha yüksek sıcaklardaki kullanımlar için gerekli malzemeye olan ihtiyaç, yeni liflerin

işleme, gelişim ve bulunması çalışmalarına hareketlilik getirmiştir. Jet motorlarında,

süpersonik yönlendirme uçları ve kanatlarda ve daha etkili sıcaklık değişimi gerektiren

kullanım alanları için kullanılan metal ve seramik matriks esaslı kompozitlerin

takviyelendirilmesi için yüksek sıcaklık özellikleri gereklidir. Metallere göre düşük yoğunluk

yüksek katılık, düşük elektrik iletkenliği, düşük ısısal iletkenlik gibi diğer özellikler, pahalı

spor eşyalarında, elektronik devre kartlarında, otomobil sanayi ve ticari havacılık pazarlarında

uygulama alanı bulmaktadır.

3.2. Tanım ve Özellikler

Karbon liflerinin enteresan özelliklerinden biri, 1500°C üzerinde mikro yapısının

kararlılık göstermesidir. Oksitlenen ortamlarda sınırlı ömürlü olmasına rağmen, karbon lifleri,

yüksek sıcaklık gerektiren kullanım alanlarındaki uygulamalar için, lif takviyeli kompozit

malzemelerde yeterli takviyelendirme sağlayan tek lif olarak bilinir. Karbon liflerinin yüksek

sıcaklıklardaki kullanım ömürleri liflere koruyucu tabaka (haşıl) ile uzatılabilir. Fakat bu

konudaki esas çözüm, şu andaki seramik liflerinin kusuru olan mikro yapıdaki ısısal

kararlılığın geliştirilmesidir. Böylece seramik liflerinin düşük sıcaklıklardaki mükemmel

özelliklerinden yüksek sıcaklıklarda da faydalanılmış olacaktır. Seramik lifleri oksitlenmeye

karşı daha fazla kararlılık göstereceklerdir Bu yüzden seramik liflerinin geliştirilmesi stretejik

bir gerekliliktir.

Seramik lifler, organik ve diğer liflerle karşılaştırıldığında, ilginç özelliklere

sahiptirler. Seramik liflerin ısısal kararlılığı organik liflerden ve hatta çoğu metal liflerden

10

daha iyidir. Mukavemet ve modül gibi yapısal özellikler, inert ve hatta oksitleyici şartlarda

dahi 1200-1400°C ‘ye kadar korunabilmektedir Mekanik yükleme olmaksızın, bazı seramik

lifler erime noktalarına çok yakın sıcaklıklara kadar bu kararlılıklarını muhafaza

edebilmektedirler. Karbon liflerinin mekanik özellikleri de, yüksek sıcaklıklarda kararlılık

göstermekte hatta mekanik özellikler daha yüksek sıcaklıklara çıkabilmektedirler. Fakat bu

durum sadece inert ortamlar için geçerlidir Kaplamasız (haşılsız) seramik lifi 800°C ‘den önce

okside olmaya başlar. Bu nedenle, bu haliyle birçok kullanımlar için uygun değildir. Seramik

liflerinin çoğu, derişik asit, baz ve baz-metal muameleler dışında, mükemmel bir kimyasal

inertliğe sahiptirler Bu kimyasal kararlılık, bazı oksit esaslı ve oksit esaslı olmayan seramik

lifleri için, oksidasyona karşı direnci de dahil edecek şekilde, yüksek sıcaklıklarda muhafaza

edilebilir. Seramik lifler, organik liflerle karşılaştırıldığında çok yüksek elastik modül ve

basınç mukavemetine sahiptirler. Seramik liflerinin bu özellikleri, metallerin çıkabildiği

yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmesine, işlenebilmesine imkan tanımakta ve metal ve seramik

matriks esaslı kompozit malzemelerde mükemmel bir takviye elamanı olabilmektedir.

Sürekli seramik liflerinin kesikli seramik liflerine göre kompozit kullanımındaki bir

avantajı önceden belirlenmiş ve karışık yönlerde takviyelendirmiş yapılar üretilebilmesidir.

Dokuma, örme (braided), filament sarma ve diğer tekstil üretim işlemleri, takviye elamanı

seramik life ön şekil vermek için kullanılabilir. Kesikli seramik liflerinin sürekli seramik

liflerine göre bir avantajı ise genellikle maliyet bakımından ucuz olmalarıdır. Seramik

liflerinin geneldeki dezavantajı ise, kopma uzamalarının %l’den daha küçük olmalarıdır

Seramik liflerinin yoğunlukları organik malzemelerinkinden daha yüksek fakat

metallerinkinden daha düşüktür. Bir de seramik liflerinin çok düşük olan üretim

hacimlerinden dolayı pahalı olmaları unutulmamalıdır. Fakat bazı kullanım alanlarındaki

önemi, maliyet faktörünün negatif etkisini dengelemektedir. Liflerin yüksek elastik modülü ve

düşük kopma uzaması, kalın filament çapı ile beraber mütalaa edildiğinde kullanımdaki

zorluğu ortaya çıkmaktadır. Seramik lifler genellikle kırıldıklarından dolayı düğüm atılmaya

uygun değildirler Bununla beraber bazıları kırılmadan birkaç cm çapında ilmek haline

getirilebilirler. Bu tiplerden, uygun kullanım ile 2 veya 3 boyutlu dokuma veya örme yapılar

üretmek mümkündür.

Seramik liflerin mukavemeti, yapı kusur ve çatlaklarına son derece duyarlıdır ki

buda lifin yüksek modülünün bir fonksiyonudur. Düşük (kısa) kopma uzunluğu, çatlak

etrafında gerilim transferini önler. Yapının gözenekliliği, yapıdaki yabancı parçacıklar ve

büyük kristal parçacıkları, lif mukavemetini önemli derecede düşürürler. Verilen bir

malzemenin birim ünite hacminde sabit sayıda kusur vardır. Birim uzunlukta daha düşük lif

11

hacmi, yani lif çapının daralması, verilen uzunluk için büyük miktarda kusur olma şansını

azaltır. Filament yüzeyinin hasar görmesi de, lifin mukavemetini önemli ölçüde düşüren diğer

bir çeşit kusurdur. Korunmasız (haşılsız) kullanılan ve işlenen liflerde yüzey hatalarının sayı

ve boyutları büyür ki bu da lif mukavemetini önemli derecede düşürür.

Seramik liflerinin çapı 3-140µm arasında değişir. Tekstil liflerinin lineer

yoğunluklarını belirlemek için kullanılan denye veya tex terimleri, genelde seramik liflerini

üretenlerin tekstil orijinli olmadıklarından ve seramik liflerinin yoğunluklarındaki çok

farklılıktan dolayı kullanılmaz. Birde, yoğunluktaki bu geniş dağılımdan dolayı, eğer seramik

liflerinin lineer yoğunlukları denye veya tex şeklinde ifade edilirse, lif ve özellik

karşılaştırılmalarında karışıklığa sebebiyet verebilir. Seramik liflerinin bir kısmının

yapılarındaki gözenekliliğin, teorik yoğunluğu esas alan denye veya tex’in bu liflerin lineer

yoğunluklarını ifade etmede kullanılmalarını engellediği göz ardı edilmemelidir. Bazı seramik

liflerin ve karşılaştırması yapılan karbon vb. liflerin özellikleri Tablo 2’de verilmiştir.

12

Tablo 2: Bazı seramik ve diğer sanayi tipi liflerin özellikleri [2]

3.3. Seramik Lif Üretim Teknikleri

Seramik lifler teorik olarak birden fazla metotla üretilebilir. Burada mümkün altı

metot hakkında kısa bilgi verilmektedir. Bunlardan buhar yolu ile depolama, polimer

başlangıç maddesi tekniği genel olarak uygulama alanı bulan metotlardır. Son ikisi,

organometalik polimerlerden oldukça yeni teknikler kullanarak lifleri üretmeyi ihtiva eder.

Lifin ticari veya jenerik

adı

Yoğunluğu

(g/cm³)

Çekme

mukavemeti

(MPa)

Elastik

modülü

(GPa)

Çapı

(µm)

Erime

sıcaklığı

(ºC)

Nextel® 312 (seramik) 2,7 1725 138 3,5 1400

Nextel® 440 (seramik) 3,05 2070 186 10-12 1400

Nextel® 480 (seramik) 3,05 2040 220 10-12 1400

Safill®(seramik) 3,3 2000 300 3 -

Tyranno®(SİTİCO) 2,35 2740 206 - -

Altex®(seramik) 3,2 2600 250 9 -

Nicalon®SİC(seramik) 2,6 2000 180 10-20 -

Fiber FP®(seramik) 3,95 1380 379 15-25 2645

SİC(seramik) 3,08 3440 400 133 -

Β-SİC(seramik) 3,3 3500 430 140 -

Al2O3(seramik) 3,95 1900 380 20 2050

Bor (seramik) 2,7 3100 393 140 -

E – cam(cam) 2,54 3450 72 10 -

S - cam(cam) 2,49 4300 87 10 -

T -300 ®(PAN karbon) 1,76 3200 228 7 -

T -40 ®(PAN karbon) 1,81 5650 276 7 -

P -55®(Pitch karbon) 2,00 1900 380 10 -

Kevlar® 49 (aramid) 1,44 3650 131 11,9 -

Çelik (%0.9 C ) 7,8 4250 210 100 1300

Paslanmaz çelik 8,0 1000 198 100 -

Berilyum 18,5 1265 300 - 1250

Volfram 19,3 3500 360 - 3400

13

Diğer metotlar eriyik eğirme, çamur eğirme ve tek kristal büyümesi, daha az başvurulan

tekniklerdir.

Seramik lif alanındaki büyük hamle, yüksek sıcaklık seramik liflerini üretmek için

silikon ve karbon veya nitrojen ihtiva eden polimerlerin kontrollü şartlarda sıcaklık etkisiyle

eritilmesi, pirolizin düşünülmesidir. Seramik liflerinin piroliz yoluyla üretilmesi, silikon,

karbon, nitrojen ve bor ihtiva eden polimerlerle SiC, Si3N4, B4C ve BN elde edecek şekilde

kullanılmaktadır.

3.3.1. Kimyasal Buhar Depolama Tekniği (CVD)

Bu metotta, malzeme buhar fazında iken ısıtılmış bir öz madde (volfram veya

karbon filament) üzerine, bir kompozit filament oluşturmak için depozit edilir. Depozite

edilen malzeme, buhar fazındaki gazların bir ayrışım ürünüdür. Mesela bor, bor-triklorid ve

hidrojenin ayrışmasından depolanabilmektedir. Silikon karpit de, alkilklorosilan ve hidrojenin

ayrışmasından depolanabilmektedir.

Bu teknik kullanarak elde edilen SiC bileşikleri 1300°C’a kadar ısıtılmış volfram

üzerine buhar halinde depo edilir. Reaktif gaz karışımı hidrojen ve alkil silis ihtiva eder.

Genelde %70 hidrojen ve %30 silis reaktöre bir uçtan girmektedir. Reaktörün giriş ve

çıkışında sızmaları önlemek için cıva contalar kullanılır.

Volfram öz maddesi (d=13µm) hem doğru akım ve hem de yüksek hızlı frekans ile

optimum sıcaklık profili elde etmek için ısıtılır. 100µm çapında SiC monofilament elde

edilmesi yaklaşık 20 saniye alır. Elde edilen monofilament, reaktörün altından alınarak bir

bobine sarılır.

Bu işlem için, metil-triklorsilan bir silikon atomu bir de karbon atomu ihtiva

ettiğinden ideal bir hammaddedir. Burada beklenti stoykiometrik SiC depolanması olmalıdır.

Gerçekleşen kimyasal reaksiyon aşağıdaki gibidir;

CH3SiCl3 → SiC + 3 HCI

Genellikle, serbest karbon ve katı veya sıvı silikon, SiC ile karıştırılır. Nihai

monofilament 100-l50µm çapında olup dışta esas olarak β-SiC, volfram üzerinde de α-SiC

ihtiva eder. Diğer bileşimlerinde katlı veya dereceli varyasyonları bu teknikle depolanabilir.

Volfram (tungstin) öz maddesini kullanmak, bu maddenin ağır ve pahalı olması

sebebiyle bir dezavantajdır. Bu teknikte bir öz maddesi olarak işlev görebilecek, kabul

edilebilir özellikleri ile ticari karbon liflerinin geliştirilmesi, bu teknikle üretilen seramik

liflerin ekonomi ve ağırlık yönündeki dezavantajlarını bir derece azaltacaktır. Bu teknikte öz

14

maddenin düzgün ısıtılmasının lif düzgünlüğü üzerindeki önemli etkisi de mutlaka göz

önünde tutulmalıdır.

British Petrolleri (BP) silikon karpit monofilamentini ve Textron Speciality

Materials’da silikon karpit ve bor monofilamentlerini üretmekte bu tekniği kullanmaktadır.

3.3.2. Başlangıç Polimeri (Reçine) Kullanarak Lif Elde Etme Teknikleri

CVD yöntemi ile elde edilen seramik lifleri kalın ve eğrilebilir (fleksi)

olmadıklarından, ince, sürekli ve eğrilebilir seramik lifleri elde etmek için yapılan araştırmalar

1970’li yıllarda neticelerini vermeye başlamıştır. Bu tekniği de kimyasal ve ısısal olmak üzere

iki kademede incelemek yerinde olur.

a) Başlangıç Lifinin Kimyasal Dönüşümü

Başlangıç lifinin, harici maddelerin kimyasal reaksiyonu ile diğer bileşimlere

dönüşümü birkaç teknik ile yapılır. Karbon lifi, silikon veya silikon monoksit buharı gibi

karpit oluşturan bir malzemenin mevcudiyetinde, ısıtma ile metal karpit haline

dönüştürülebilir. Diğer bir değişim tekniği; bir metal, organometalik veya oksit başlangıç

lifinin, nitrojen veya amonyak ile nitrik asit tuzu oluşturmak için nitritlenmesini ihtiva eder.

Metal teller veya metal ihtiva eden polimer lifler, uygun bir atmosferde ısıtılarak oksit, karpit

veya nitratlarına dönüştürülebilir. Metal ve bor lifleri, karbon ihtiva eden buharda ısıtılarak

karpitlerine dönüştürülebilir.

b) Başlangıç Lifinin Isısal Dönüşümü

Bu işlemde, seramiklerin başlangıç maddesi olan inorganik polimerler, eriyik eğirme

(lif çekme) veya çözücü yardımlı kum eğirme metoduyla, lif haline getirilirler. Bu başlangıç

liflerinin, yeniden erimelerini önleyebilmek için molekül zincirlerinin çapraz bağlarla

bağlanması gerekir. Bu da, kür (polimerizasyon) ile temin edilerek kararlı hale getirilirler ve

sonra da ısısal yolla (piroliz) seramik liflere dönüştürülürler.

Japon Profesör Yajima ve arkadaşlarının 1970'in başlarındaki çalışması ile

buldukları ve sonraları Nicalon® ticari ismiyle üretilen SiC lifi bu teknik ile üretilmiştir.

Bu teknikte, başlangıç polimeri hazırlamanın maliyeti, dönüşüm esnasında malzeme

kaybı ve boydaki kısalma, bu işlemin dezavantajlarıdır. Başlangıç maddesi yüksek oranda

seramik haline dönüştürüldüğünde, lif üretim esnasındaki lif kısalmasının (çekmesinin) daha

az güçlüğü vardır. Yüksek karbonlaşma ile yoğunluktaki büyük artışlardan dolayı önemli

çekme oluşabilir. Polimer başlangıç işleminin bir avantajı işlemin kolay olması ve ön seramik

malzemesinin kimyasal olarak yapısal biçiminin verilebilmesidir. Silikon esaslı polimerlerin

15

kullanıldığı bu teknikle elde edilen seramik liflerinin, iyi mekanik özelliklere ve ısısal

kararlılığa sahip olması ve oksidasyona karşı dirençli olması, bu tekniğin avantajları

arasındadır.

3.3.3. Sol-Gel (solüsyon-jöle) Tekniği

Bu teknik, polimer başlangıç maddesi kullanarak seramik lifi elde etme tekniğindeki

ısısal dönüşümün özel bir hali olarak düşünülebilir Bu teknikte genel olarak,

polikondenzasyon ile düşük molekül ağırlıklı metal oksitleri çözücü ile solüsyon halinde

hidrolize ve polimerize edilir. Polimerizasyon artarken çözücü uzaklaştırılır ve solüsyonun

viskozitesi artar. Lifler, cıvık ve yapışkan solüsyondan yüksek molekül ağırlıklı çekici

çözücülerin yardımı ile veya yardımsız kum olarak eğrilebilirler (dry spun) Kurumadan ve

liflerin sertleşmesinden sonra, uçucu maddelerin uzaklaştırılması için ısıtılırlar. Bu da yeni

kimyasal reaksiyonlara sebebiyet olur ve yoğunlaşmayı temin eder. Kuruma esnasındaki

çekme ve çözücü kaybından dolayı, lifin kesit alanı tam dairesel olmayabilir. Yeterli

derecedeki yüksek ateşleme sıcaklıkları ile gözeneklilik düşürülebilir ve böylece bu amorf

bölgeler, poli-kristal hale getirilebilirler. Bu kristalleşme, mekanik ve kimyasal özellikleri

geliştirebilmek için arzu edilebilir. Yüksek sıcaklıklardaki aşırı zamanda işlem ise, kristal

boyutlarının istenmeyen artışına sebep olur ki bu da lifin mekanik özelliklerini zayıflatır.

Bu tekniğe ait bir işlemin akış şeması şekil 2’de verilmiştir.

Organometalik bileşim

↓

Alkil Metal veya Alkoksi Metal

↓

Polimerizasyon

↓

Kuru Eğirme

↓

Başlangıç lifi

↓

Yakma

↓

Seramik Lifi

16

Şekil 2: Sol-gel Tekniği Üretim Şekli [2]

Bu işlem, esas olarak bir organoalüminyum (organometal) ile başlar ve kuru çekim

(eğirme) metoduyla başlangıç lifi (precursor) elde edilir. Bu başlangıç lifi yakılarak organik

esaslı (AIR3) seramik lifi elde edilir. Sol-gel tekniğindeki bu üretim işleminin başlangıç

malzemeleri metal alkoksitlerin solüsyonlarıdır. Metal alkoksitler M(OR)n tip bileşenlerdir.

M metal, n metalin yük değeri ve R’da bir organik bileşimdir. Uygun organik grubun seçimi

çok önemlidir. Bu grubun yeterli molekül ve uçma kararlılığı temin edilebilsin ki, M-OR bağı

kırılabilsin ve arzu edilen M-OR oksit seramik lifi elde edilebilsin. Metal alkoksitlerinin

hidrolizi sonucu elde edilen solüsyon, pelteleşebilir (jöleleşebilir) ve eğrilebilir duruma gelir.

Bu jöle-lif (gel-fiber) daha sonra yükseltilen sıcaklıklarda yoğunlaştırılır.

Bu teknikte, solüsyonun başlangıç kimyasal kompozisyonundaki fleksibilite, nihai

lifin özelliklerini biçimlemek için, birçok diğer malzemenin katılmasına müsaade eder.

Filtreleme veya metalleri oluşturmak için kimyasal indirgeme gibi liflerin sonraki

muameleleri özelliklerini daha da değiştirir. Çeşitli oksitler ve metaller, bu liflerin fiziksel,

elektriksel, magnetik, optik ve katalitik özelliklerini iyileştirmek veya yoksa oluşturmak için

eklenirler. Sol-gel metotları; silis, alüminyum, zirkonya, titanyum ve karışık oksit liflerinin

üretiminde kullanılır. 3M şirketi Nextel® seramik liflerinin üretiminde bu metodu

kullanmaktadır.

3.3.4. Eriyik Eğirme Tekniği

Kristal seramik malzemelerin bu teknikle üretilmesi, bu malzemelerin yüksek erime

noktaları, hatta bazen erimeksizin ayrışmalarından dolayı çok güçtür yada imkânsızdır.

Erimenin mümkün olduğu durumlarda ise, çok düşük olan eriyik viskozitesinin zorlukları

ortaya çıkmaktadır. Böyle bir eriyik düzelerden ekstrüze edilebilse dahi lif değil damlalar

oluşur. Bu problemin üstesinden gelen bir teknik, erimiş seramik akıntısı üzerinde sertleşen

bir kabuk, deri oluşturulması esasına dayanır. Bu tip üretim tekniğinin bir örneği, propan

atmosfer ortamına ince erimiş oksit seramik akıntısı ekstrüze etmektir. Bu atmosfer, eriyik

akıntı üzerinde karbonlu bir kabuk, koruyucu tabaka oluşturur ve eriyik seramiğin lif

formunda kalmasını temin eder.

3.3.5. Çamur Eğirme Tekniği

17

Bu teknikte, taşıyıcı akışkan içindeki dağınık kristal seramik parçacıklarının, eriyik

kuru metot eğirme ile lif haline dönüştürülmesi temin edilir. Bu teknik, polimer başlangıç

maddesinin ısısal dönüşümü gibi diğer tekniklerle birleştirilerek uygulanır. Viskozitesi

artabilen, yüksek molekül ağırlıklı organik polimer ihtiva eden taşıyıcı akışkan sonunda

yakılır ve böylece başlangıç polimeri seramik lif formuna dönüştürülür. Yakma ve

dönüştürme genellikle birkaç ısıtma kademesinde gerçekleşir ve bu kademeler lifin alev

içinden geçişini ihtiva edebilir. Dönüştürülmemiş lif içindeki seramik parçacıklarının

mevcudiyeti, dönüşüm ve yakma esnasında az çekmenin olması demektir. Bununla beraber,

parçacıklar çok küçük olmak zorundadır (genellikle 1 µm’den daha küçük). Aksi takdirde bu

parçacıklar lif içerisinde kusur olarak hareket edecekler ve ciddi şekilde lifin mukavemetini

zayıflatacaklardır. Bu teknik, Du Pont tarafından Fiber FP ve PRD-166 liflerinin, Mitsui

Mining tarafından Almax lifinin üretiminde kullanılmaktadır.

3.3.6. Tek Kristal Büyümesi Tekniği

Sürekli tek lifler, bir eriyik veya malzemenin buharından büyütülebilir. Saflıkları

çok yüksektir. Tane sınırı olmadığından yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerinde düşme

görülmemektedir. Çünkü lif tek bir kristaldir. Bütün atomlar tamamen normal periyodik bir

sırada düzenlendiğinden, lif özellikleri anizotropiktir. Halbuki polikristal iner, çok sayıda

küçük kristallerden meydana geldiği ve atomları bütün oryantasyonlarda sıralandığından

izotropik özellik gösterirler. Bazı uygulama alanları için, anizotropik özellik avantaj olabilir.

Bu teknikle üretilen liflerin çapları genellikle büyüktür ( >l00µm). Bu da, bu liflerin eğilme

(fleksibilite) özelliğinin kötü olmasına yol açar. 150 mm/dak gibi yavaş üretim hızları, yüksek

üretim maliyetlerini de beraberinde getirir. Bununla beraber, kimyasal saflık, yüksek

mukavemet ve ısısal kararlılık, bu liflerin performanslarının yüksek olmasını temin eder.

3.4. Oksit Esaslı Seramikler

Oksit lifleri, yüksek teorik mukavemet ve modül, oldukça düşük yoğunluk, kimyasal

inertlik ve özelliklerini yüksek sıcaklıklarda ve hatta oksitleyici ortamlarda dahi muhafazası

gibi istenilen özelliklere sahiptirler.

3.4.1. Alüminyum Oksit (Alumina)

18

Alüminyum oksit, birçok kullanışlı özelliklerinden dolayı uzun zamanlardan beri

kullanılmaktadır. Bu özellikler şöyle özetlenebilir:

Fiziksel

• Yüksek erime noktası,

• Düşük yoğunluk (metallerle karşılaştırıldığında),

• Yüksek aşınma direnci,

Kimyasal

• Korozyona karşı direnç,

• Düşük buharlaşma,

Mekanik

• Yüksek çekme ve basma mukavemeti,

• Yüksek elastik modülü,

• Düşük statik yorulma (sürünme),

Isısal

• Yüksek kullanım sıcaklığı,

• Düşük ısısal genişleme,

• Yüksek ısısal iletim,

Elektrik

• Düşük di elektrik sabiti,

Kütle seramiklerindeki özelliklerin çoğu, lif özellikleri olarak ta müteala edilebilir.

Buna, yüksek modül, yüksek basma mukavemeti, oksidasyona karşı direnç gibi özelliklerde

dahildir. Karbon ve silikon karpit gibi bu liflerin bazıları yüksek mukavemet ve uzun kopma

uzamalarına sahip olmalarına rağmen, bu lifler alüminyum oksit lifinin yüksek sıcaklıklarda

oksitleyici ortamlara karşı gösterdiği direnç kadar bir direnç gösteremezler.

Alüminyum oksit lifinin bir dezavantajı lif formunda işlenmesinin güçlüğüdür.

Çamur eğirme, tek kristal büyümesi, sol-gel, eriyik eğirme başarıyla kullanılan lif oluşturma

teknikleridir. Bazı durumlarda, yüksek oranlı alüminyum oksit muhteviyatlı alüminyum oksit

- silis lifleri, alüminyum oksit lifleri olarak isimlendirilir. Bu konuda genel kabul gören eğilim

ise, içindeki alüminyum oksit oranı %98’den fazla olan liflere alüminyum oksit lifi olarak

isimlendirmektir.

Du Pont’un Fiber FP® lifi, Mitsui Mining Co.’nin Almax®’ı ve Sophikon lnc.’nın

Sapphire® lifi buna örneklerdir.

19

3.4.2. Alüminyum Oksit/Silis

Alüminyum oksite çok küçük miktarlarda dahi silis eklenmesi alüminyum oksidin

lifin dönüştürülmesi işlemini kolaylaştırır. Bunun yanı sıra, alüminyum-silis lifleri,

alüminyum oksit liflerinden daha ucuzdurlar. Silisin eklenmesiyle, elastik modülün

düşürülmesi gibi bazı özellikler önemli şekilde etkilenirler. Eğer kullanım kolaylığı ve lifin

maniplasyonu önemli ise, bu durum faydalıdır. Fakat eğer kompozit takviyelendirmesi için

mekanik katılık, tokluk önemli ise silisin eklenmesi zararlıdır.

Sumitomo Ohemical Co.’nin Altex®’i (%85 Al ve %15 SiO) ve lCl’ın Saffil®’i

(%96 Al ve %4 SiO) bu liflere birer örnektir.

3.4.3. Alüminyum Oksit / Silis / Bor

3M şirketinin ürettiği Nextel® 312 (%62 Al %24 SiO ve %14 B) ve Nextel® 440

(%70 Al %28 SiO %2 B) lifleri bu tipe örneklerdir.

3.4.4. Alüminyum Oksit / Zirkonya

Kütle alüminyum okside kısmen kararlı Zirkonya eklenmesi ile alüminyum oksidin

mukavemet ve tokluğunun arttığı gözlemlenmiştir. Du Pont’un PRD-166 lifi buna bir

örnektir.

3.5. Oksit Esaslı Olmayan Seramik Lifleri

Oksit olmayan lifleri oluşturmak, bu malzemelerin yüksek erime sıcaklıkları ve

yoğunlaşmaya veya gözenekleri uzaklaştırmaya olan direncinden dolayı, oldukça güçtür

Silikon-karpit, yüksek sıcaklıktaki oksidasyona olan dirençlerinden dolayı, en çok araştırılan,

üzerinde çalışılan, okside olmayan liftir. Silikon-karpit, yüksek sıcaklıktaki oksidasyon

esnasında, oksidasyonu yavaşlatan ve/veya durduran bir engel gibi davranan, yüzey üzerinde

koruyucu bir silis tabakası oluşturur. Diğer silikon ihtiva eden liflerde bir dereceye kadar bu

20

özelliğe sahiptirler. Oksit esaslı olmayan seramik lifleri, oksit esaslı seramik liflere nazaran

daha iyi statik yorulma mukavemetine (sürünme) ve tane büyüme direncine sahiptirler.

Çekme mukavemetleri ve kopma uzamaları da, oksit esaslı seramik liflerinkinden daha

yüksektirler. Kimyasal dirençleri de normal olarak çok iyidir.

3.5.1. Silikon-Karpit

Silikon-karpit lifleri, mükemmel bir özellik kombinasyonuna sahip olduklarından

dolayı, büyük bir kullanım potansiyeline sahiptirler. Aşağıdaki özellikleri mükemmel bir

kombinasyonu temin edebilir.

1- Yüksek mukavemet,

2- Yüksek modül,

3- Yüksek ısı direnci,

4- Mükemmel kimyasal direnç.

5-Yüksek ısısal kararlılık,

6- İyi oksidasyon direnci,

7- Yüksek sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra mekanik özelliklerini muhafaza edebilme.

Polimerin ısı ile çözülmesi suretiyle yapılan silikon-karpit lifleri stoykiometrik SİC

değildirler ve oksijen ile serbest karbon ihtiva ederler. Bu durum, yüksek sıcaklıktaki

kararlılığını negatif yönde etkiler, iç oksitlenme, l200°C nin üzerinde inert ortamlarda dahi,

mekanik özelliklerin düşüşüne sebep olur.

Textron’un SCS-6 lifi, British Petroleum Co.’nin Sigma® lifi, Niccon Carbon Co.

Ltd. nin Nicalon®’u ve Dow Corning’in Kristal Silikon-karbit lifi bu tipe ait örneklerdir.

3.5.2. Silikon-Nitrit

Silikon-nitrit lifi de, silikon-karpit gibi, iyi oksidasyon ve korozyon direncine

sahiptir. Bununda sebebi, kısmen, ilk oksidasyon esnasında oluşan koruyucu silikon

kaplamasından dolayıdır. Tonen® silikon-nitrit lifi bu tipe bir örnektir.

3.5.3. Silikon-Karpit-Nitrit

Rhone-Poulene firması, önce polisilazan ihtiva eden polimerik başlangıç lifini eğirir,

sonrada silikon-karpit-nitrit seramik lifini üretmek için bunu ısı ile çözmeye tabi tutar. Bu

21

seramik lifler (fiberamik), 1400ºC ‘ye kadar amorf yapıdadırlar. Bu sıcaklıkta ve okside edici

bir ortamda mukavemetinin %80’ini muhafaza eder. Halen geliştirilmekte olan bu lif hem

kesikli hem de sürekli formda üretilmektedir. Dow Corning’in HPZ’si bu lif tipine bir

örnektir.

3.5.4. Bor

Bor liflerinin dikkate değer, bilinen özellikleri, fevkalade yüksek mukavemet/ağırlık

oranı, yüksek erime sıcaklığı ve 1000 ºC ‘ye kadar mukavemetini muhafaza etmesidir.

Bununla beraber, zayıf bir oksidasyon direncine sahiptirler.

Textron’un Textron Sor filamenti buna bir örnektir. Daha önce Avco olan Textron

firması, bor lifini ince bir volfram tel üzerine bor-triklorid gazından borun kimyasal buhar

olarak depolanması (CVD) yoluyla üretir. 100µm ve 140µm çaplarında iki tipi vardır.

Textronun ürettiği monofilament borun büyük bir kısmı, uzay ve diğer hava araçlarının

parçaları için epoksi matriks esaslı kompozitlerde kullanılır. Alüminyum matriks esaslı

kompozit uygulamaları için de çalışmalar devam etmektedir.

3.6. Uygulamalar

Sürekli seramik lifleri, malzeme bilimcilerinin ve tasarım mühendislerinin,

halihazırdaki organik ve metal malzemelerden daha hafif, daha katı, daha mukavim, daha

yüksek sıcaklıklara ve kimyasal dirence dayanıklı yapılar meydana getirmelerini sağlamıştır.

Bu liflerin, organik, metal ve seramik matriks esaslı kompozitlerde kullanılabilmeleri bir

avantajları oldu. Tabii ki, her kullanım alanında olduğu gibi bu liflerin kullanıldığı alanlarda

da faydalar olduğu gibi kullanım problemleri de olmuştur.

Seramik lifler, genellikle işleme yardımcı olabilmek için organik maddelerle

kaplanırlar (haşıllanırlar). Bu kaplama (haşıl) maddeleri lifin kompozit oluşturmak için

matriks malzemesini takviyelendirmeden önce ısısal olarak ayrışırlar ve çözülürler.

Kompozit Dışı Kullanımlar:

Sürekli seramik liflerinin kullanım alanlarını; yüksek sıcaklık engellenmesi,

filitreleme ve özellikle yalıtımın gerektiği alanlar olarak sıralayabiliriz. Kompozit dışı

22

kullanımlarda genellikle, yüksek sıcaklıklardaki fevkalade oksidasyon dirençlerinden dolayı

oksit esaslı seramik lifleri kullanılır

3M firmasının Nextel® 312 seramik lifinden dokunan kumaşlar, ocak (fırın)

kayışları, alev perdeleri, contalar, duvar yalıtımları, ocaklar ve kömür yakan güç

santrallerinde yüksek sıcaklık filtreleri olarak kullanılırlar. Yine Nextel® 312 lifinden

oluşturulan örme (braided) yapılar, ısı ölçücülerin (thermocouple), elektrik kablolarının, yakıt

hatlarının ve uzay mekiğinin kapı boşluğu gibi önem arz eden yerlerde conta ve salmastra

olarak kullanılır.

Yüksek sıcaklık yalıtım uygulamalarında, seramik liflerinin mukavemet, katılık,

sürünme gibi yapısal özelliklerinden yüksek değerler istenmemektedir. Dolayısıyla, daha ucuz

alternatifler bulmak mümkündür.

Organik Matriks Esaslı Kompozitlerde Kullanımı:

Epoksi ve termoplastik matriks esaslı kompozitlerde takviye elamanı olarak daha

çok organik ve karbon lifleri kullanılır. Cam ve asbest liflerinin takviye elamanı olarak

kullanılması da iyi bilinmektedir. Organik matriks esaslı lif takviyeli kompozit malzemelerin

sıcaklıkları 500ºC ‘dan daha düşük olduğu için, seramik liflerin kimyasal ve ısı dirençlerinin

iyi olması, bu kullanım alanlarında bir avantaj olmamaktadır Organik matriks esaslı

kompozitlerin kritik önem arz eden kullanım alanları için, katılık veya mukavemetin ön

plandaki durumlarda, karbon veya aramid lifler, seramik liflerden daha kolay kullanılabildiği

ve daha ucuz oldukları için tercih edilirler.

Seramik liflerin organik matriks esaslı lif takviyeli kompozit pazarına ehemmiyetli

miktarlarda girmemesine rağmen, bu liflerden faydalanılacak uygun yerlerde vardır. Düşük

ısısal genişleme, yüksek ısısal iletim, düşük elektrik iletimi ve düşük di elektik sabitinin

elektronik devre kartlarında, seramik liflerden takviye elamanı olarak faydalanmak

düşünülebilir.

Seramik lifleri, cam lifi vb. gibi diğer takviye elamanları ile kıyaslandığında, organik

matrikslerin hem katılıklarını, hem yorulma dirençlerini daha iyi arttırdığı ve dielektrik

sabitini düşürdüğü görülecektir. Organik esaslı matrikslerde kullanılan organik takviye

elamanlarının yanı sıra yapıya seramik liflerinde eklenmesiyle, takviye elamanları içindeki bu

karışım, seramik liflerinin daha yüksek katılık ve basma mukavemetlerinden dolayı kompozit

yapının özelliklerini geliştirecektir. Bu tip karışımların bazı yüksek performanslı spor

eşyalarında (kayak gibi) uygulandığı görülmektedir. Wilson’un grafit (karbon), DuPont’un

23

Kevlar® aramid ve FP alumina (alüminyum oksit) lifleri, yüksek katılık takviye değerlerinden

dolayı uygulama alanı bulurlar.

Metal Matriks Esaslı Kompozitlerde Kullanımı:

Metal matriks esaslı kompozitlerin gelişmesi, 1960’lardan buyana devam

etmektedir, fakat ticari adaptasyonu yavaş olmaktadır. Metal matriks esaslı kompozit

malzemelerin, takviyelendirilmemiş metallere göre üstünlüğü; yükseltilmiş mukavemet,

tokluk, yüksek sıcaklık özellikleri, dinamik ve statik yorulma dirençleri, ısısal özelliklere göre

tasarım. Aşınma dirençleri gibi niteliklerinden dolayıdır. Bu avantajlara rağmen, yüksek lif

maliyetleri ve metallere göre hasar toleranslarının daha az olmasından dolayı, kullanım

alanları oldukça sınırlıdır.

Metal matriks esaslı lif takviyeli kompozit malzemelerin üretimi, takviyelendirici

lifin erimiş metalle temasında bütün özelliklerini muhafaza etmesini şart koşar. Alüminyum

magnezyum, demir volfram gibi metallerin eriyiklerine ve bu ortamın kimyasal en iyi direnci

alüminyum oksit lifleri gösterir. Diğer bazı seramik liflerin kullanımı da, özel üretim

tekniklerinin ve koruyucu tabakanın (haşıl) kullanılması ile mümkün olmaktadır.

Seramik Matriks Esaslı Kompozitlerde Kullanımı:

Takviyesiz seramikler birçok uygulama alanlarına sahiptirler, fakat tokluk ve hasar

toleransları kullanım alanlarını sınırlar. Hasar toleranslarını arttırabilmek için, lif ile

takviyelendirilir. Seramik matriks esaslı kompozitlerin üretimi kalıplama ve pekiştirme için

yüksek sıcaklığı gerektirir. Nihai kullanım alanı göz önüne alınmasa dahi, sadece seramik

ve/veya ateşe dayanır metal lifleri bu kompozitlerin üretiminde fiziksel yapı ve özelliklerini

muhafaza edebilecek liflerdir.

Halihazırdaki malzemelerin kimyasal inertliğinin ve yüksek sıcaklıklardaki yapısal

kullanımlarının üstünde bir kimyasal inertliğe ve yüksek sıcaklıkta kullanıma sahip

olabilmeleri, seramik matriks esaslı kompozitlerin avantajları içinde sayılabilir. En iyi süper

alaşımların kullanım sıcaklıkları 1100°C ‘in altındadır. Seramik matriks esaslı seramik lif

takviyeli kompozitler 1200°C - 1400°C ‘a kadar çalışabilmektedir. Malzemenin kullanım

sıcaklığındaki 100°C - 200°C ‘lık bir artış, yakıt verimliliği, motor basıncı, kullanım ömrünün

uzaması gibi önemli gelişmeler demektir. Güç ve pahalı üretim işlemeleri ve de seramik

liflerin pahalı olması seramik matriks esaslı kompozitlerin kullanımını sınırlamaktadır.

Metal matriks esaslı kompozitlerde olduğu gibi, seramik matriks esaslı

kompozitlerin gelişmeleri de genellikle hükümetler yani devlet tarafından desteklenmektedir.

Bu çalışmaların pahalı ve mali olarak riskli olması sebebiyle, genelde bu maliyet riski büyük

gruplara dağıtılır. Japonya, seramik liflerinin ve kompozitlerinin ticari olarak kullanımları

24

yönünde bir milli politikaya sahiptir. A.B.D.’ deki bu konu ile ilgili çalışmaların çoğu,

Savunma Bakanlığı, Enerji Bakanlığı ve NASA tarafından desteklenmektedir. Avrupa’daki

çalışmalar içinde de, kısmen Fransız hükümetinin desteklediği “Societe Europeene de

Propulsion -(SEP)”in silikon karpit ve Japonların Nikalon® lifi ile oluşturdukları seramik

matriks esaslı kompozit araştırmaları sayılabilir.

Çok bilinen seramik kompozitlerinden biride, ABD’nin uzay mekiğinde kullandığı

“Fibrous Refractory Composite Insulation (FRCD)’dır. Bu yalıtım amaçlı kompozit 3M

şirketinin Nextel® 312 seramik lifi ile yüksek saflıktaki silikondan müteşekkildir.

3.7. Seramik Liflerinin Geleceği Hakkındaki Görüşler

Cam ve cam-seramiklerden ateşe daha dayanıklı oksitlenmeyen sistemlere

geçildikçe, tokluk ve oda sıcaklılığındaki güvenirlilik, kopma işinin 10 KJ/m daha fazla

olması ve kopmadaki şekil değiştirmenin (E) yaklaşık %1 gibi değere yaklaşması ile önemli

bir derece arttırılabilir. Bu özellikleri elde etmek için, lif-matriks arabirim bölgesinin kontrolü

1esastır. Lif-matriks arabirimindeki bağın veya bağların, liflenin kaymasına ve liflerin ara

arda yük transferi yapacak ve matrikste seri çatlakların meydana gelmesine müsaade edecek

kadara zayıf olması istenir. Bununla beraber, lif-matriks arabirimindeki çok zayıf bir bağ,

malzemenin non-lineer davranışlarındaki mukavemetini düşürecektir. Lif-matriks

arabirimindeki kayma gerilmesi ile lif çekilmesinden dolayı iyileşecek olan toklu optimize

edilmesi gerekir. Seramik matriksler karbon lifleri ile takviyelendirildiğinde, lif-matriks

arabirimindeki bağ zayıftır. Seramik liflerde ise, seramik lifin matriks ile reaksiyonunu

korumak ve lif-matriks arabirimini nitelendirmek için seramik liflerin kaplanması gerekir.

Farklı kaplamalar (haşıl) ve çok değişik lif-matriks sistemleri kullanarak, değişik özelliklerde

kompozit malzeme tasarımlamak mümkündür. Bu tasarımlarda, lif-matriks arabiriminin nasıl

kontrol edileceği ve arabirimdeki bağın kopmasından sonra lif kayma sürtünmesinin nasıl

kontrol edileceğinin anlaşılması bir gerekliliktir. Önemlisi, bu parametreler ölçülebilmeli ve

kompozit yapının kopma davranışlarıyla sayısal olarak ilişkilendirilebilmelidir.

Yüksek sıcaklık kompozitlerinin esas itici gücü, mühendislik malzemelerinin yüksek

sıcaklık kullanım aralıklarını geliştirmesidir. Bu konuda bugüne kadar üretilen kompozitlerin

ümit verici sıcaklık aralığı 1000°C ve biraz üzerindedir. Bu sıcaklığı 2000°C ‘ye kadar

yükseltmek büyük gelişmeleri gerektirmektedir. Bu yüksek sıcaklık bölgesinde (1000°C -

2000°C) şu andaki kompozitle mekanik özelliklerinde çok önemli ve büyük miktarlarda

düşüşler gözlenmektedir. Bunun ana sebepleri şunlardır:

25

1-Takviye elamanı olan liflerin ısısal kararsızlığı ve

2- Lif-matriks arabirim başına. Özellikle kompozit yapı gerilimlere maruz kaldığında

matriks çatlamasından dolayı yapıya giren, çürütücü (corrosive) parçacıkların etkisidir.

Buna alternatif bir yaklaşım mekanik özelliklerini yüksek sıcaklıklarda muhafaza

edebilecek seramik liflerinin geliştirilmesidir. SiC (silikon karpit) sistemlerinde bu yönde bir

eğilimle çalışmalar yapılmaktadır. Burada istenen, düşük yoğunlukta, yaklaşık 3 GPa

mukavemetinde ve 400 GPa kadar bir modülde, küçük çaplı seramik lifi üretilmesidir. Böyle

bir lif geliştirilse dahi, bu konuda ki problem, muhtemelen pahalı olmasıdır. Karbon lifi geniş

çaptaki özellikleri ve farklı sıcaklıklardaki kullanım alanları için pazarda mevcut iken, yeni

üretilecek yüksek sıcaklıktaki ateşe dayanıklı yeni bir lifin uygulama alanı, hemen hemen ve

sadece ultra yüksek performanslı seramik matriks esaslı kompozitler ve belki metal matriks

esaslı kompozitler olacaktır. Bu sahada yeni liften istenen gerekli üretim miktarı oldukça az

olacaktır. Bu da, bu liflerin çok pahalı olmasının sebeplerinden biridir. Bununla beraber, yeni

liflerin geliştirilmesi, üretim için kullanılan usullerin genişletilmesi ihtimalini de beraberinde

getirecektir.

Bu gelişmelerin yanı sıra, eğer lif-matriks arabiriminin degredasyonu çözülürse, lif

matriks atmosfer uyumluluğunun kontrolü için, geliştirilmiş harici kaplamaların (haşıl)

tasarlanmasına ihtiyaç olacaktır. Yüksek ısı uygulamalarında, ısı engel katları, endotermik

reaksiyon ihtimalini azaltacak olan kompozit içindeki ısının düşüşünü temin etmek için

gerekli olabilir.

Sürekli seramik liflerinin birçok enteresan, nadir ve değerli özellikleri ve

uygulamaları vardır. Seramik liflerinin yeterli gelebileceği daha sıcak, daha hızlı, daha

dayanıklı uygulamalar için talep ve ilgi vardır.

Bugün, lif üretimi hala oldukça küçük miktarlardadır, bu yüzden de pahalıdır. Daha

da ötesi, metal matriks esaslı kompozitlerin ve seramik matriks esaslı kompozitlerin

işlenmeleri hala oldukça güçtür. Bu pahalı işlem de, pahalı kompozitlerin üretilmesine sebep

olur. Eğer bu liflerin kullanımı artarsa, bu liflerin üretilen miktarları da artacak, bu da lif

maliyetini azaltacaktır. Stratejik olmayan ve kısmen pahalı sayılmayan başlangıç maddeleri

seramik lif üretiminde kullanıldığı için, bu liflerin fiyatları libre ( 454 g) başına 10- 25 US$

kadar düşebilecektir. Yeni metal ve seramik esaslı kompozit üretim teknolojileri bulunur ve

geliştirilir işlem güçlükleri azalacak bunların kompozitlerinin de fiyatları da düşecektir.

26

Gelecekte bu duruma gelebilmek, biri diğerine bağlı olan hem fiyatları aşağı çekmek hem de

yeni kullanım alanları bulmak gibi güç meselelerin başarılmasına bağlıdır.

Düşük maliyetin yanı sıra, daha mukavim, oksidasyona daha dirençli ve statik

yorulma dirençleri (sürünme) daha yüksek olan yeni liflere ihtiyaç vardır. Lifleri iyi

oksidasyon direncine sahiptirler fakat polikristal tiplerinin yüksek sıcaklıktaki statik yorulma

(sürünme) dirençleri sınırlıdır. Non-oksit lifleri daha iyi statik yorulma direncine sahiptirler

fakat yüksek sıcaklıktaki oksidasyondan dolayı ayrışırlar. Silikon karpit ve silikon nitrit lifleri

gibi silikon ihtiva eden non-oksit lifleri, oksidasyonun başlangıcında lif yüzeyinde meydana

gelen silikon di oksit kaplamasının koruyucu etkisinden dolayı, halihazırda iyi performans

gösteren liflerdir.

Diğer önemli ihtiyaç, sürekli seramik liflerinin kullanımını ihtiva eden üretim

metotlarıdır. Farklı uygulama alanları, lif oryantasyonunun farklı bileşimlerini zorunlu kılar.

Sürekli seramik liflerinin kesikli tiplerine göre en büyük avantajı, önceden belirlenmiş

yönlerde oryente edilebilmeleridir. Belli yön ve bölgelerde takviyelendirmenin istendiği

kompozitlerde bu durum önemlidir. Dokuma, örme (braided) sarma ve diğer metotların

geliştirilmesi gereklidir. % 1'den daha az kopma uzunluğu olan bu lifleri işleyebilmek, tekstil

teknolojistlerinin maharetlerini göstermelerine bağlıdır. 3 boyutlu takviyelendirilmiş yapılar

ve ön-şekillendirmeler için geliştirilmiş sistemlere ihtiyaç vardır. Kompozitlerin çoğu, takviye

edici lifin bulunduğu katmanların üçüncü yönde hiç veya çok az bir takviye ile üst üste

konulması ile elde edilir. Üçüncü yönde takviyelendirmenin olmaması zayıf kayma gerilmesi

ve sıyrılmalara sebep olmaktadır.

Sürekli seramik liflerinin uygulaması, performansı ve lif üretimindeki daha ileri

gelişmeler inkişaf ederken, seramik liflerden üretilen kompozit malzemeler daha fazla yüksek

teknoloji problemlerini çözecektir. Bu alanlarda karşılaşılacak olan problemlerin, çözülmesi

hem ciddi hem de cazip olacaktır. [2]

4. KARBON LİFLERİ

4.1. Giriş

27

Karbon liflerinin tarihi 1950’li ve 60’lı yıllarda uzay endüstrisi için daha hafif ağılıkta

malzemeler gerektiği zaman başlamıştır. Yüksek modüllü düşük yoğunluklu liflerin

kompozitlerde kullanılabileceği anlaşıldıktan sonra, viskoz rayonu kullanarak Bacon (1975),

poliakrilonitril kullanarak (PAN) shinko (1960) ve izotropik pitch kullanılarak

Otani(1965) karbon liflerini hazırlamak için çok sayıda başarılı teşebbüs olmuştur.

Karbon liflerinin başarılı endüstriyel proses gelişimi öncellikle Willam Watt ve

Kraliyet Havayolları kurumundaki arkadaşları sayesindedir. Bunlar Courtoulds’un malzemesi

Courtelle ile çalışarak PAN liflerini oksidasyon işlemi sırasında sınırlayabilmişler ve 200oC

civarında oluşan ekzotermik reaksiyonu kontrol etmişlerdir. Parti parti yapılan proses kontinü

prosese çevrilmiş ve 1966 yılında Morganite Ltd. ve Courtoulds Ltd.’ de tamamen ticari

üretim hatlarında kullanılmıştır [3].

Karbon kömür ve organik bileşiklerin ana elementini oluşturan ametaldir. Simgesi

C’dir. Karbon lifi kimi “öncü” liflerden, özelliklede selülozik ve akrilik liflerden ısıl-mekanik

işlemlerle elde edilen karbon flamanıdır. (Taş kömürü tortusundan ve polimit, yani aromatik

poliamid, polibenzimidazol gibi ısıl kararlı birçok polimerden elde edilir; bunlar düşük

yoğunluk eşliğinde ısıl, sürtünmeye ilişkin ve mekanik nitelikler bakımından çok ilginç

ayırdedici özellikler gösterir.) Selülozik liflerden karbon lifi üretme yöntemleri şu dönüştürme

mekanizmalarını gerektirir: suyu fiziksel olarak geri bırakma (25-150 oC); glukoz birimlerden

su giderme (150- 2400 C) ; glukozit köprülerinin koparılması (240-400 oC); aromatikleştirme

(400 0 C’nin üstünde). Akrilik lifleri karbon liflerine dönüştürmek oldukça karmaşık bir

işlemdir. 200-300oC’ta yükseltgeme; 1100-1500oC’ta karbonlaştırma; 28000 C’ta

grafitleştirme.

Karbon liflerinin en önemli özelliği düşük yoğunluk eşliğinde gösterdikleri

sağlamlıktır. Bu bakımdan çeliklerden çok daha üstündürler. 1100-1500°C’ta

karbonlaştırmayla elde edilen yüksek dayanımlı karbon lifleri belli bir mikro gözenekliliğe

sahip lifin ekseni doğrultusunda yönlenen çok küçük kristallerden oluşur. Son yıllarda

reçinelerin ve metallerin pekiştirilmesi için karbon liflerinin kullanılması olağan üstü

sağlamlıkta karma malzemelerin ortaya çıkmasını sağladı.

İdeal bir mühendislik malzemesinin en önemli özellikleri dayanıklılık (yüksek

mukavemet), sertlik ve hafifliktir. Sıradan mühendislik malzemeleri, metaller ve alaşımları,

sağlam ve serttirler, fakat hafif değildirler. Bazı kovalent malzemeler sağlamdır, fakat sert

değildir. Bazı plastik malzemeler hafiftir ama dayanıksız ve yumuşaktır. Son on yıl içinde

28

çeşitli lifli malzemeler geliştirildi ve bazı uygulamalarda takviye edici (kuvvetlendirici) olarak

kullanıldı bu malzemelerin bazı özellikleri Tablo3’ de karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir.

Geliştirilmiş dayanım, sertlik ve düşük yoğunluklarıyla yüksek performanslı karbon lifleri son

gelişmelerden birisidir. Bu lifler normal sıcaklıklarda elastiktir, bu sayede bu liflerin sürtünme

direnci yüksektir ve çabuk yorulmazlar. Karbon lifleri güçlü oksidasyon ortamları yada erimiş

metallerle etkileşim haricinde kimyasal olarak ilgisizdirler. Karbon liflerinin olağanüstü

termofıziksel özellikleri ve mükemmel sönümleme karakteristikleri vardır.

Tablo 3: Çeşitli Mühendislik Malzemelerinin Özelliklerinin Karşılaştırılması

Materyal Modül

E

(GPa)

Gerilme

Dayanımı

(GPa)

Yoğunluk

d

(g/cm)

Modül

Spesifik

(GPa)

Spesifik

Dayanım

(Gpa)

Sönünıleme

Faktörü

√E/d

ELYAF

Karbon UHM 483 2,27 2 281,5 1,135

HM 345 2,53 1,8 191,6 1,405

HT 206 3,16 1,75 117,7 1,805

HSHT 172 2,53 1,75 68,0 1,445

Boron 414 4,60 2,30 180 2,000

Aramid 124 3,62 1,45 85,5 2,456

S Cam 85 4,5 2,49 34,1 1,807

E Cam 56 1,56 1,95 28,7 0,800

Polietilen 40-70 1,0-1,5 0,96 41-73 1,040-1,560

Düzenli PE 91 3,04 0,95 95,8 3,20

29

Melt-Spun PE 40-100 1,0-1,5 0,96 41-104 1,04-1,56

Düzenli Polibenzotiol 89 1,75 2,54 74,4 0,69

KOMPOZİTLER

Karbon UHM 290 1,38 1,68 172,6 0,82 13,1

HM 207 1,52 1,56 133 0,974 11,5

HT 124 1,90 1,53 81 1,242 9,2

HSHT 103 1,52 1,53 67 0,993 8,2

Boron 248 2,76 1,86 133 1,484 11,5

Aramid 76 1,38 1,38 55 1,000 2,8

S Cam 53 1,82 2,08 26 0,875 ---

E Cam 46 --- 1,45 32 --- ---

METALLER

Çelik (Tip 150 c-35) 206 0,42 7,8 26,4 0,054 5,1

Aleminyum Alaşım 69 0,26 2,56 27 0,101 3,8

Titanyum Alaşım 112 0,98 4,45 25 0,220 5,6

Magnezyum Alaşım 42 2,80 1,80 23 1,156 ---

Buna karşın, bu liflerin bazı kusurları vardır. Bu lifler gevrektir, çarpma dirençleri ve

kopma uzamaları düşüktür ve genleşme katsayıları çok küçüktür. Hem lif ekseni yönünde

hem de buna dik yönde yüksek derecede anizotropisi vardır bu liflerin. Pahalı malzemelerde

bulunurlar, bu yüzden maliyet fiyatının temel faktör olmadığı alanlarda kullanılır. Ama son

zamanlarda üretim tekniklerinin gelişmesi ile bu liflerin fiyatları düşmeye başlamıştır.

4.2. Üretimi ve Özellikleri

Karbon liflerinin rayondan üretilmesinde üç aşama bulunmaktadır: bunlar 400 ºC’a

varan sıcaklıklarda oksidatif stabilizasyon, 1500 ºC’a varan sıcaklıklarda karbonlaştırma ve

2500ºC varan sıcaklıklarda grafitleştirmedir. Karbonlaştırma aşamasında grafit-benzeri

tabakalar oluşmaya başlamaktadır. Yüksek modüllü lif elde edilmesi için özellikle

grafitleştirme aşamasında %50 ‘ye varan bir gerdirme uygulanmaktadır. PAN esaslı karbon

liflerinin üretilmesinde de üç aşama bulunmaktadır: istenen lif tipine bağlı olarak, 200-300ºC

oksidatif stabilizasyon, 1500ºC ’da karbonlaştırma ve 1500-2700ºC arasında grafitleştirme.

PAN-esaslı karbon lifleri yüksek mukavemet, yüksek modül ve ultra yüksek modül

olmak üzere üç tipte üretilmektedir. Karbon lifinin yoğunluğu değişken olup, 1.7-2.2 g/cm³

Karbon lifleri elektrik iletkenleridir, fakat elektriği iletme kabiliyetleri önemli bir tehlike arz

30

etmektedir: imalat veya servis esnasında havada asit olursa elektrik ekipmanı üzerine

yerleşebilir ve kısa devreye neden olabilir.

4.3. Kullanım Alanları

Yüksek özgül mukavemet ve katılık karbon liflerinin temel özellikleridir ve bu lifin

hemen hemen bütün uygulamalarında fayda sağlar. Sıcaklık dayanımı, kimyasal ve biyolojik

açıdan inert olması, elektrik iletkenliği, iyi titreşim sönümleme kabiliyeti ve yorulma

dayanımı özel uygulamalar da yararlı olabilir. Karbon lifinin uygulandığı başlıca iki alan

havacılık ve nükleer mühendisliği içine alan yüksek teknoloji sektörü ve yataklar, kamlar, fan

çarkları gibi parçaları, otomobil gövdelerini ve spor ekipmanını içine alan genel mühendislik,

taşıma ve spor sektörleridir. [3]

4.4. Terbiye İşlemleri

1. Oksidasyon: Bu aşamada elyaflar hava ortamında 300 ºC’de ısıtılır. Bu işlem, elyaftan

H’nin ayrılmasını daha uçucu olan O’nin eklenmesini sağlar. Ardından karbonizasyon

aşaması için elyaflar kesilerek graphite teknelerine konur. Polimer, merdiven yapısından

kararlı bir halka yapısına dönüşür. Bu sırada elyafın rengi beyazdan kahverengiye ardından

siyaha dönüşür.

2. Karbanizasyon: Elyafların yanıcı olmayan atmosferde 3000 ºC’e kadar ısıtılmasıyla

liflerin %100 karbonlaşma sağlanması aşamasıdır. Karbonizasyon işleminde uygulanan

sıcaklık üretilen elyafın sınıfını belirler.

3. Yüzey İyileştirmesi: Karbonun yüzeyinin temizlenmesi ve elyafın kompozit

malzemenin reçinesine daha iyi yapışabilmesi için elektrolitik banyoya yatırılır.

4. Kaplama: Elyafı sonraki işlemlerden korumak için yapılan nötr bir sonlandırma

işlemidir. Elyaf reçine ile kaplanır. Genellikle bu kaplama işlemi için epoksi kullanılır.

Kompozit malzemede kullanılacak olan reçine ile elyaf arasında bir ara yüz görevi görür.

31

5. ASBEST LİFLERİ

5.1. Giriş

Asbest, kimyasal ve ısıl dayanımı oldukça iyi, yüksek çekme mukavemetine sahip,

kristal yapılı bir maddedir. Doğada kaya halinde bulunur. Emsalleri ile mukayese edildiğinde

oldukça ucuzdur. Bu nedenle çeşitli teknik tekstil mamullerin ve sanayi mamullerin

üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

5.2. Tanım ve Sınıflandırma

Asbest Liflerinin genel olarak iki türü vardır, bunlar:

• Serpentin asbest grubu

• Amfibol (veya homblend) asbest grubu.

32

Bu iki tür arasında en üstün kaliteli asbest elyafı serpentin grubunda bulunan krizotil

asbestidir. Bunların en büyük yatakları Kanada’da bulunur. Bu bölgeden elde edilen asbest

elyafları çeşitli teknik tekstil mamullerin yapımında çok yaygın olarak kullanılırlar. Bu elyaf

tipleri, elyaf uzunluğu, mukavemeti ve fleksibilitesi çok iyi olduğu için iplik haline

getirilmesi, bobinlenmesi ve kullanımı kolay ve iyi sonuçlar vermektedir

Endüstriyel asbestlerin isimleri Tablo 3’te verilmiştir.

Tablo 4: Endüstriyel Asbestlerin İsimleri [2]

Grup Mineral İsmi Asbest Adı

Serpentin Asbesti Serpentin Krizotil

Amfibol Asbesti

Ribekit Krokidolit, mavi

Grunerit Amosit

Antofilit Antofilit

Tremolit Tremolit

DIN 60650 ye göre asbestler şu şekilde sınıflandırılırlar:

A Beyaz Asbestler

1. Krizotil

2. Amosit

B. Mavi Asbestler

Asbest oranlarına bağlı olarak ise şu şekilde sınıflandırılırlar:

A. %100 beyaz asbest içerenler

B. en az %94 beyaz asbest içerenler

C. en az %83 beyaz asbest içerenler

K. %l00 mavi asbest içerenler

Tekstilde kullanımı açısından asbestler genelde 2 gruba ayrılırlar

a. Beyaz asbest (Krisotil asbest)

b. Mavi asbest (Krokidolit asbest)

33

Tekstil sanayinde kullanılan asbest liflerinin özelikleri göz önünde tutularak

sınıflandırılmaları alım satım işlerini kolaylaştırdığı gibi, daha iyi değerlendirilmelerini de

sağlamaktadır. Bu nedenle asbest üreten ve tüketen birçok ülke bu liflerin belli ölçülere göre

sınıflandırılmalarını sağlayan esasları saptamıştır. Ham ve işlenmiş krizotil asbestin

Kanada’da uzunluğuna göre yapılan sınıflandırması dünyanın birçok ülkesinde olduğu gibi

ülkemizde de benimsenmiştir. Bu sınıflandırmanın esası ipliklerin ağırlıklarına göre

içerdikleri asbest miktarına dayanır.

Tablo 5: Asbest İçeriği Oranlarına Göre Sınıflandırma [2]

Dereceler Ağırlığa Göre Asbest İçeriği Oranı

A % 85-90 arası

AA % 90-95 arası

AAA % 95-99 arası

AAAA % 99-100 arası

5.3. Asbest Lif Tiplerinin Genel Özellikleri

Asbest lifleri çok ince lifler olup incelikleri genelde 1-2 mikron arasındadır. Bu

lifleri çıplak gözle birbirlerinden ayırt etmek zordur. Ancak mikroskopla ayırım yapılabilir.

Mikroskopla incelendiğinde yüzeylerinin pürüzsüz ve dümdüz oldukları görülür. Kenarları da

girintisiz ve çıkıntısızdır. Bu durum iplik olarak eğrilmesini güçleştirir. Bu nedenle iplik

yapımında genellikle bitkisel liflerle karıştırılarak kullanılırlar. Asbest liflerinin uzunluğu 12-

14 mm.yi bulur.

5.4. Asbest Lif Yapısı

Kimyasal Yapı:

34

Asbest, kimyasal yapısı üç elemanlı bir yapı olarak ele alınabilir. Bunlar; silikon

dioksit, metal oksitleri ve sudur. Pratikte önem arz eden en önemli elemanlar su ve metal

oksitleridir. Asbestin yapısındaki su miktarı krizotil ve amfibol özellikleri ortaya çıkarır.

Fiziksel Yapı Özellikleri:

İncelik: Asbest elyaflar diğer doğal ve sentetik elyaflara göre daha incedirler. Elyaf

çapları krizotilde 0.02-0.04µm amfibolde 0.1-0.2 µm arasında değişmektedir. Asbest elyaflar

inceliklerinden dolayı büyük yüzey alanına sahiptirler. Bu özellik krizotil için 10-25 m

krokidolit için ise 3-5 n arasında değişir.

Uzunluk: Liflerin uzunlukları da değişmektedir. Krizotil asbestin uzunluğu 25-50

mm arasındadır. Krokidolit elyafı ise 15-75 mm arasında uzunluğa sahiptir. Genelleme

yapacak olursak asbestlerin uzunlukları inceliklerine göre çok fazladır ve ortalama 12-14mm

arasındadır.

Yoğunluk: Yoğunluk krizotil için 2-2.6 gr/cm3 amfibol için ise 2.8-3.6 gr/cm3

arasındadır. Yoğunluğun değişimi, elyafın bileşiminde bulunan elementlerin oranlarının

değişiminden kaynaklanır.

Mukavemet: Çok ince olan asbest liflerinin mukavemetlerini tek tek belirtmek

zordur. Bu nedenle asbestlerin mukavemet deneyleri iplik bazında yapılır. Çekme

mukavemeti değerleri 12-92 CN arasında değişkenlik gösterir.

Kimyasal Davranış:

Değişik tipteki asbestlerin asit ve alkalilere karşı direnci değişmektedir. Asbest

elyaflar asitlere karşı önemli ölçüde ağırlık ve mukavemet kaybına uğramaktadırlar. Özellikle

HCl beyaz asbestte çok ciddi mukavemet ve ağırlık kaybı meydana getirmektedir. Asitler

karşısında 528 saatlik muamele sonucu, asbestlerin ağırlık kaybı krizotil için % 55-57,

krokidolit için % 3.4 ve amosit için % 11-13 arasındadır. Ağırlık kaybını hızlandıran

faktörler, asidin sıcaklığı, konsantrasyonu ve ayrışma derecesidir.

Alkalilerle muamele, asitler kadar zararlı olmamaktadır. Konsantre kostik ile 528

saat muameleden sonra krizotil asbestte ağırlık kaybı % 1.03, krokidolit asbestte % 1.20,

amositte ise % 6.28 oranında olmaktadır,

Isısal Özellikler:

Krizotil asbest 500°C nin üzerinde ısıtıldığında, krokidolit ve amosit asbest ise

200°C nin üzerinde ısıtıldığında kimyasal özellikleri değişir. 700-750°C sıcaklıkta yapısındaki

hidroksil grupları su şeklinde dışarı verirler. Bu değişim kendini elyaf mukavemetinde aşırı

azalma olarak gösterir. Bütün asbest tipleri için ağırlık kaybı zaman ve ısının yükselmesi ile

35

artar. Krizotil, antofilitve tremolit asbestleri için maksimum ağırlık kaybı yaklaşık 1000°C

civarında gerçekleşir. Krokidolit için ise aynı durum 680 de gerçekleşir.

5.5. Asbestin İşlenmesi ve İplik Haline Getirilmesi

Madenlerden çıkarılan asbest elyafının sadece küçük oranlardaki miktarları iplik

haline getirilebilir. Asbest liflerinden iplik yapılabilmesi bunların eğrilebilme özelliklerine

bağlıdır.

Bu lifler uzunluk bakımından doğal ve kimyasal liflere göre çok kısadırlar. Ancak %

5-20 oranında selüloz esaslı liflerle karıştırılmak suretiyle iplik haline getirilebilirler. Bu

amaçla pamuk veya viskoz kullanılması yaygın bir metottur.

Ayrıştırma için ön şart elyaf uzunluğudur. Krizotil liflerin sadece bazı kısımları

eğrilebilir. Kısa ve kırılgan lifler eğirme işlemi için uygun değildirler. Asbest liflerinin

eğrilmesi ile iplik haline sokulabilmesi için üç aşamalı bir işlem dizisi uygulanır. Bunlar

açma, tarama ve eğirme işlemlerini kapsar.

1. Açma aşamasında asbest maddesinin lifleşmesi sağlanır. Bilindiği gibi, krizotil

maddesi, asbest yataklarından ham demetler halinde çıkarılır. Bunlar yaprakçıklar şeklinde üst

üste bulunur. Silindirler arasında ezilerek lifleştirilirler.

2. Tarama aşamasında ise, ham lifler yün taramasında olduğu gibi önce kabartma,

sonra paralelleştirme amacı ile kaba ve ince olmak üzere iki tip taraktan geçirilerek taraklanır.

3. Eğirme aşamasında ise, taranmış lifler çekilmek ve bükülmek suretiyle iplik

haline dönüştürülmüş olur. Bu amaçla konvensiyonel tiplerden mekikli yada bilezikli eğirme

makinaları kullanılır.

5.6. Kullanım Alanları

Asbest lifleri yüksek ısıl dayanım, yüksek aşınma direnci ve yüksek

mukavemetinden dolayı, çeşitli teknik tekstillerin ve sanayi ürünlerin yapımında

kullanılmaktadırlar. Tekstilde kullanımları bakımından önem arz eden asbest tipleri krizotil ve

krokidolit asbesttir. Diğer tür asbestlerden iplik elde edilmesi ve bunların dokuma veya örgü

mamuller haline getirilmesi zor olduğundan, onlar diğer sanayi dallarında tercih edilirler.

Tekstil sanayinde asbestlerin kullanımını gerektiren başlıca neden, bunların yüksek

ısıya yüksek kimyasal dirence sahip olmalarıdır. Asbest lifleri değişik amaçlarla lif, keçe,

levha, fitil, iplik, halat, şerit, kumaş ve s elemanı olarak üretilebilirler.

36

Asbest liflerinin en önemli kullanım alanlarından birisi de sızdırmazlık elemanları

olan yumuşak salmastraların üretimidir. Yumuşak salmastra imalatında krizotil ve krokidolit

asbest türleri kullanılmaktadır.

Krizotil asbestte lif yapısı içi boş tüp şeklinde olduğu için ısıl direnci çok iyidir. Bu

yapı dolayısıyla salmastra üretiminde bünyesine verilecek olan emprenye maddesi ve

yağlayıcı maddeleri emme ve bünyesinde uzun süre saklama avantajı sağlar. Asbest lifinin ısıl

dayanımını etkileyen en önemli faktör, asbest lifinin tüpçük kısmında bulunan kristalize su ve

madensel tuzlardır. Sıcaklıkta kristal su buharlaştığı zaman asbest yanar. Bugün en yüksek

kalite beyaz asbest pratikte 550ºC sıcaklığa dayanmaktadır. Asbest elyaf bünyesinde klorit

ihtiva etmektedir. Yumuşak salmastra olarak kullanıldığı zaman klorit miktarına bağlı olarak

millerde paslanma meydana getirir. Türkiye’de üretilen asbestte 300 ppm den fazla klorid

olduğu için çok hızlı korozyona neden olmaktadır.

Asbest lifinin yumuşak salmastra olarak kullanılması durumunda lif uzunluğu da

önem arz etmektedir. Kısa lifli asbest dinamik ekipmanlarda kullanılacak salmastraların

yapımında pek tercih edilmemelidir. Kısa lifli asbestin hem dinamik yüklere olan direnci

azdır, hem de yüksek sıcaklıklarda çalışması çok zordur. Örneğin uzun lifli asbestlerde 550ºC

sıcaklığa kadar çalışılabilmesine rağmen, kısa lifli asbestlerde 300ºC nin üzerine çıkılamaz.

Asbest lifi çok çeşitli akışkanlar ve kimyasal maddeler için uygundur. Derişik

asitlerle kullanılamaz. Beyaz asbest lifleri katkı maddeleri ile kullanılmak sureti ile beyaz

asbestli yumuşak salmastraların kimyasal direnci pH 2-14 değerine ulaştırılmıştır.

Krokidolit mavi asbestten yapılan yumuşak salmastralar sıcaklık bakımından daha

geniş bir çalışma aralığına sahiptirler. % 100 saf mavi asbest için çalışma aralığı - 100°C

kimyasal direnci ise pH 0-8 aralığındadır. Özellikle derişik asitler için uygun bir malzemedir.

Lifler rijit kristal iğneler şeklindedir. Kırılgan ve kısadırlar. İplik haline

getirilebilmeleri için pamuk veya viskoz ile karıştırılmaları gerekmektedir. Bu yüzden ısıl

dayanımları daha azdır. İnsan sağlığı açısından beyaz asbeste göre daha zararlıdırlar. [2]

37

6.CAM LİFLERİ

6.1. TANIM

Geleneksel cam fabrikasyonu için kullanılan quartz tozu, kireç taşı, kotmanit ve kaolin

hammaddeleri, tekstil camları için esas hammaddeyi oluştururlar. Quartz tozu, ince elenmiş,

sık dondurulmuş ve yüksek hassaslıkta quartz (-kum ) görünümündedir. Kireç olarak, kireç

taşı denilen karbonat taşları grubunun doğal mineralleri ifade edilmektedir. Ağırlıklı olarak

Kalsiyum Karbonattan ( CaCO ) ibarettir. Kolmanit;

Ca[B3O4(OH)3]. H2O

Kimyasal formülü ile gösterilir ve geniş alanlı monoklinenden, güçlü cam parıltılardan, kısa

sütunlu kristallerden veya granül ve sık gruplardan oluşan çok önemli Borat Mineralleri içerir.

Kaolin, değişken büyüklükte çamurlu elemanlar (tane çapı 2 tm’ nin altında) ile kiltaşı grubu

içerir. Teknik anlamda ise, doğal silikat kaolinit içerir. Kaolinit kimyasal formülü;

38

Al2[(OH)4/Si2O5] veya Al2O3. 2SiO2 . 2H2O ‘ dur,

Ve % 39,7 Al2O3 % 46,2 SiO2 % 13,9 H2O’ dan oluşur. Strüktürü, biri dört yüzlü, diğeri sekiz

yüzlü iki tabakadan oluşur ( Şekil-4 ). Silisyum iyonları dört yüzlü tabakada düzenlenmiştir.

Bunun yanında O-atomları dört köşe noktalarında bulunmaktadır. Alüminyum iyonları, sekiz

yüzlü tabakada durur, yapıtaşları O ve Hidroksi iyonlanndan oluşur.

Şekil 3: Bir kaolinit tabakasının şematik gösterimi

Cam üretiminin tarif edilen hammaddesine ek olarak, tekstil camlarına, her cam tipine

göre çok uygun dozda, belirli oksitler katılmıştır. Bu duruma göre oluşmuş karışım, sonraki

erime prosesinin giriş materyalini oluşturur ve halita denilen erime birimi olarak katılır.

Burada tekstil camlarının teknolojik özellikleri, güçlü eriyik birleşiminden etkilenir, halita

bileşenlerinin dozajının çok itinalı artırılması ve safsızlıkların önlenmesi gerekir. Farklı

bileşenlerin, tane büyüklüğüne göre dağıtması da, belirli talebe göre yeterli olmak zorundadır.

6.2. Üretim Yöntemleri

6.2.1. Eritme sistemleri

Son üretim prosesinden önce, gerek cam filament üretimi ( direkt yöntem ile), gerekse

bilyeli üretim olsun, hammadde firmiarda eritilir. Bu husus, bugün ağırlıklı olarak “Unit

Melter” ocaklarda, kısmen de olsa elektrofırınlarda ( Vertical Super Melter) hasıl olmaktadır.

6.2.1.1. Unit Metler

39

Unit Melter’ in karakteristiği, uzunluk genişlik oranının 3:1 olmasıdır. Yapısı ve fırın

elemanları Şekil-4’de gösterilmiştir. Bu prensip krokisinde üç farklı bölge tanınır; camın

helezonik aktığı Eritme bölgesi, kondüsyonlayıcı ve işleme bölgesi. Burada örnek olarak

direkt eğirme yöntemi krokilendirilmiştir. Eritme bölgesinde, silodan ön kanaldan (H),

dökümhaneye (A) transfer edilen halita ısıtılır ve eritilir. Bu olay, gaz ve yağ yanığı (G)

yardımı ile fırmın uzun kısmında düzenlenir. Burada gerekli iştial (yanıcı) havası (F) bir

üfleyici (J) sayesinde hazırlanır ve ekonomik sebeplerden dolayı, bir Rekuperatör ( ısı

toplayıcı ) veya Rejeneratör (D) içinde ön ısıtmaya tabi tutulur.

Şekil 4: Unit-Melter’ in şematik gösterimi.

Eriyik içinde oluşan farklı dalgalara karşı koymak ve iyi bir karışım sağlamak için

eritme bölgesi tabanına, tek veya çok sıralı hava düzesi (K) (hava akışı ortalama 0,25 m /saat

ve düze ) konulmuştur. Homojen yapmanın yanında, bir bariyer çeşidi olarak da, erimede

düzensiz olarak oluşan partiküllerin akışını engellemek için kullanılmaktadır.

Unit Melter’ in eritme verimi, sadece büyüklüğüne bağlıdır. Bu, bugün 70-80 t/g.’e kadar olan

işlem hacminde realitik olarak, elektrikli ek ısıtma işlemi sayesinde etkili olabilmiştir. Eritme

bölgesi kondisyonlayıcıya ( havalandırma) (B) bağlanır. Erimiş cam, sıyırma blokları ile (C,S)

daralan kanal üzerine veya diğer fırın çıkışlarında hazne tabanına bırakılan kanallara beslenir.

Bu bölümün arkasından, cam filamentlerin çekildiği ya da bilyeli üretimin yapıldığı işleme

bölgesi takip eder.

6.2.1.2. Elektrofırın

40

Bugün “Vertical Super Melter” (VSM) denilen tipler kullanılmaktadır. Bunun

yanında, eriti haznesinin full elektrikle ısıtıldığı bir döküm fırını mevzu bahistir. Şekil 5’de

böyle bir fırının konstrüktifkısımlarmı, şematik olarak göstermektedir.

Şekil 5: Elektrikli haznenin konstrüktif kısımları (VSM).

On iki köşeli bir eritme haznesi, ortalama 5 m. çapında ve 2,3 m. yüksekliğindedir. Bu,

en az iki daire yataktan yapılmıştır ve asılı bir kemer konstrüksiyonu sayesinde kapatılmıştır.

Bu çeşit fırınların tipik özellikleri, kapanabilir uzun geçitlere sahip olmasıdır. Isıtma, birbirine

benzer üç ayrı elektrod üzerinde olmaktadır. Bugün eritme işlemi, bu düzenleme ile 45-60 t/g.

olarak gerçekleşmektedir.

6.2.2. Ara Mamullerin Üretimi

Direkt yönteme alternatif olarak, ara mamül ( Örn.: Bilya veya cips ) üzerinden üretim

gösterilebilir. Bugün bilya üretimine, günlük kapasitesi 4,5 t. olan makinalar eklenmiştir. Cam

sıvısı, takriben 1150°C de fırınlardan özel kanallar üzerinde Şekil 6’ da gösterildiği gibi cam

kesme yönüne akar.

41

Şekil 6: Bir cam işleme mekanizmasının fonksiyonlarının şematik gösterimi

Eriyiğin bir kısmı cam sürgülü delikte (a) toplanır. Tespit edilmiş bir zaman gerilimine

göre sürgü, Pozisyon-1’ deki gibi yana doğru hareket eder ve böylece sıvı cam, alt alta

düzenlenmiş silindir çiftleri üzerine verilir. Aynı zamanda, kanaldan tekrar akan eriyik ikinci

bir kanaldan (b) boşaltılır. Belli dozdaki cam miktarı ile uygun silindir çiftinin tedariki, aynı

anda sürgünün geri doğru hareketiyle Pozisyon Il’ deki (b) deliği sayesinde olur. Bu, giriş

yönlü olarak tekrarlanır.

Ara mamullerden üretim, cam elyaf üretimi ilk basamağı olarak stapel elyaf

üretiminde ve burada özellikle kumaş güçlendirme kullanımı için, ağırlıklı olarak kullanım

alanı bulmuştur. Filament üretimi alanında, direkt yönteme ( düzelerden çekme yöntemi)

tamamen başlanmıştır.

6.2.3. Çekim Yöntemleri

-Düzelerden Çekim Yöntemi

Bugün düzelerden çekim yöntemi, diğer üretim yöntemleri içinde önemli bir yere

sahiptir ve bütün cam liflerinin yaklaşık % 90’ ı bu yöntemle üretilmiştir. E-Cam lifleri

alanında bu oran ortalama % 97’ dir. Şekil 7’ de bu prosesin prensipleri şematik olarak

gösterilmiştir.

42

Şekil 7: Düzeden çekim yönteminin şematik gösterimi

Önceden tarif edilen eritme sistemi yardımı ile halita 1400°C’ de eritilir ve 1350°C ile

1250°C arasında tutulur. Kanallar üzerinden son olarak 1200°C’de çalışılan çekme düzelerine

sevk edilir. Burada, düze tabanında yerçekimine bağlı olarak dürülür. Düze tabanı

Platin/Rodyum alaşımından yapılmıştır ve 1-2 mm. çapında delikli görünümdedir. Deliklerin

miktarını değiştirmek çok güçtür. Endüstriyel olarak, bugünlerde direkt yöntemde 400 ila

1600 delikli düzeler, bazı alanlarda 2400 delikli düzeler kullanılmaktadır. Teknik olarak 4800

delikli düze mümkündür. Üretim ise her uygulamaya göre 300 ve 1800 kg/gün arasında

değişir.

Düzeden dışarı çıkıştan sonra cam lifleri, mekanik yollarla, yüksek hızlarda kontinü

olarak çekilirler. Çekim hızları bugün çapı 14 m’ den büyük olanlar için 1200-1500 m/dk ve

çapı 10 m’ den küçük olanlar için 3000-3600 m/dk’ dır. Bu ekstrem, yüksek hızlı çalışmalarda

soğutma çok dikkatli yapılmalıdır. Bu nedenle düzelerin altında, birim filamentler arasına,

kurşundan veya gümüşten yapılmış soğutma kanalları tanzim edilmiştir.

Cam iplikler, ağırlıklı olarak organik maddelerden oluşan, apre olarak adlandırılan

dispersiyon ile bir silindir sistemi üzerinde ıslatılarak, soğutma fazı tamamlanır. Su ile yapılan

bir ön nemlendirmenin, burada faydalı olduğu ispatlanmıştır.

Son olarak filamentler bir toplayıcı silindir üzerinde, eğrilmiş iplik olmak üzere bir

araya getirilir ve masuralara sarılır. Tek kopçalı masuraların yanında, tasarruf için otomatlarda

43

kullanılmaktadır. Bunlar iki masura ile çalışır ve biri daima yedek olarak bekler, bir masura

dolduğu zaman kesintisiz olarak diğer masura devreye girer. Eğirme masurası çalkalama

ameliyesinin sonucudur, bu, kural olarak daha önce tekstil camı ürünlerin çıkış malzemesinde

anlatıldı. Ancak burada istisna, düzeler altında yapılan roving üretimi ve sonsuz hasırların yaş

kesim yöntemi ile direkt üretimidir. Düzeden çekme yönteminden sonra, farklı incelikteki

flamerıtlerin üretimi mümkün olmuştur. Çaplar düzelerin çalışma sıcaklığına, düze

tabanındaki deliklerin büyüklüğüne ve son olarak çalkalama ameliyesinin hızına bağlıdır.

Flamentler, 5-24 tm arasındaki farklı çaplarda üretilmektedir. Eğirme masurasının iç yapısı,

eğirme kısmının seçimine bağlıdır. Bugünkü bazı iç yapı çeşitleri Şekil 8’ de gösterilmiştir.

Şekil 8: Büküm bobininin içyapı örnekleri

- Davullu Çekim Yöntemi

Davullu çekim yöntemine göre bugün, stapel elyafların yaklaşık % 90-95’ i üretilir.

Diğer yöntemler ekonomik nedenlerden dolayı, daha az değere sahiptir.

44

Şekil 9: Davullu çekim yönteminin şematik gösterilmesi

Cam stapel elyafları-fitilleri, iki basamaklı bir yöntemle C-Camı, alkali-kireçli cam

veya belirli kullanımlar üzerinden belirlenmiş, özel camlardan üretilir. İlk basamakta halita

elektrikli fırın haznesinde eritilir ve sevk edilir. Pellets ( Bantlar üzerinde önceden verilen

form ile bilye prodüksiyonunun analoğu) haline getirilir. Esas stapel elyaf üretiminden sonra

prosesin ikinci basamağında bağlarıma olur. Bu Şekil-9’da şematik olarak gösterilmiştir.

Taneler ( Pellets ) eğirme düzelerine sevk edilir ve orada elektrik dirençli ısıtma ile eritilir.

Yaklaşık 1000-1200°C’ deki eriyik, platin yapılı düzelerin deliklerinden geçirilir. Her üretime

ve istenilen inceliğe göre bir çubukta 250-1000 arası delik düzenlenmiştir. Kendi kendine

eğirmeli proseste, deliklerde oluşan cam damlaları filament olmak üzere, dönen davullar

üzerine taşınır. Toplam olarak 8-11.tm arasında bulunan filament çapları, ortalama 3500 m/dk

civarında hareket eden çekim hızlarında ayarlanır. Çekimi yönlendiren eğirme yardımcı

maddeleri (ort. % 1), filamentleri korumak için, buharlaştırılmış yağ formunda düze altlarına

direkt beslenir veya iyi lif tutumu için çekim davulları üzerinde taşınırlar, daha sonraki

ilaveler için de uygundurlar.

Transformasyon sıcaklığının altında soğutulan çam filamentleri, mekanik olarak bir

kazıyıcı veya kesici. Kenar ile kaldırılır ve toplama hunisi içinde toplanır. Yöntem şartları

nedeniyle, stapel uzunlukları değişkendir. Lif uzunlukları 2 cm. ile 1 .m. arasında değişir.

OE-yönteminde lifler, hüküm hunisinde girdap teşekkülünden sonra, lif bandına toplanır ve

çekilirler. Band kapama (büküm koruma) her norma ve piyasa yapısına göre mekanik veya

pnömatik olarak gerçekleştirilir. Böyle oluşan stapel fitiller, son olarak masura prosesi içinde

800 m/dk hızla, silindirik çapraz sarımlı masuralarda sarılırlar. Bu formda, sonraki tekstil

kullanım yöntemleri için, çıkış malzemesi olarak veya direkt dokumada atkı ipliği olarak

kullanılabilirler. Cam stapel elyaf fitilleri, 125-2000 tex arasında üretilirler.

45

6.3. Kimyasal Bileşim Morfolojisi

Cam, anorganik- metal olmayan hammadde grubuna girer. Temel hallerinde, cam gibi

ya da cam hali olarak ifade edilen bu grup, kristallilerden açıkça faklıdır, yani termodinamik

stabil haldedirler ve genellikle anorganik-metal olmayan katı maddelerdir. Cam hali, genel

olarak dondurulmuş hal, fazla soğutulmuş ve böylece sertleştirilmiş sıvı olarak ifade edi1ir

Bu, bir eriyiğin basınç altındaki kristalizasyonu sonucudur. Bu bağlamda Şekil 10 ’da,

kristalik veya cam gibi katılığın yanında, soğutulan bir eriyiğin sıcaklık-hal ilişki diyagramı

gösterilmiştir.

Şekil 10: Cam oluşumunun kinetiği ve sıcaklığa bağlı cam ve kristal özellikleri

Erime sıcaklığında ( Ts) kristalize olan. eriyik, kristalli haldeki özelliklerin sıçrayan

değişimleri altında başlamaktadır. Halbuki kristalizasyon, fazla soğutulmuş eriyiği ilk kez

kısa sürede birleştirmiştir vç sonra transformasyon veya cam oluşturma sıcaklığının (Tg)

altına soğutulmuştur. Bu, ekstrem kısa soğutma periyodu veya su verme olayı sayesinde

sağlanmıştır; tekstil cam üretiminde olduğu gibi. Bu, camların strüktürel yapısı için, ani

viskozite artışından dolayı, düzenli bir kristal kafes oluşumu için kendi yapıtaşları düzenini

gerçekleştiremediğini ifade eder. Bununla birlikte, simetri ve periyodiklik mevcut değildir.

Eksik kristal düzeninin sonucu, izotrop, yani yöne bağlı olmayan özelliklerdir. Şekiİ 11’ de

izotrop cam strüktürü, şematik ve büyütülmüş olarak gösterilmiştir. Soğutulmuş, yüksek bir

sıcaklıkta oluşan düzensiz hal, termodinamik olarak metastabildir. Bu, esas itibariyle soğutma

hızındandır, fakat dışan doğru soğutmadan oluşan hareket bölgesine de bağlıdır. Buna göre

46

camların özellikleri, sadece kimyasal bileşimlerine değil, aksine dereceli olarak termik

muamelelerine de bağlıdır.

Şekil 11: Cam Liflerin Strüktürü

(sol: isotrop 3D Si02, sağ: oryantasyonsuz flament)

Bunların yerine bütün teknik cam sistemleri, tekstil cam liflerine göre, sadece silikat

camlarının strüktürü yakınlığında gözlemlenmelidir. silikat camları iki komponentten

oluşmaktadır; yani SiO2 bir kafes ve silikatlardan... Burada SiO2 kafes elastik bileşeni

oluşturmaktadır; bu, plastik formda değildir ve elastik tepki göstermektedir. Buna karşılık

silikat ve boratlar, cam gibi sert komponenti oluşturur. Bu, yüksek sıcaklıklar için elastik

tepki ve viskoz sıvısı gözlenmesinden mesuldür. Kafesin temel yapı elementi Şekil-12’ de

şematik olarak gösterilen, SiO2 yüzlüdür.

Şekil 12: Si04 - Dörtyüzlünün hacimsel gösterimi

Yüksek yüklü Silisyum Atomlarının birçoğunun oluşumu, kendi pozitif güç alanının

perdelenmesi ve elektron yörüngelerinin doldurulmasıyla, bu çok yüzlü konfigürasyon içinde

her dört Oksijen Atomuna bir primer bağlanmasıyla düzenlenir. Eğer, örneğin bazik

oksidasyon sayesinde, zengin sabunlaşma hasıl olursa “ayrılmış” veya “izole edilmiş” SiO4

grupları kafes yapısında her halükarda bulunurlar. Bu, örnek olarak SiO2 yani quartz - olarak

adlandırılan bir haldir ki, böylece birçok SiO4 -dörtyüzlü, duruma göre, bir Oksijen Atomu

( “Oksijen köprüsü” ) ile bölünür. Bu Si-O-Si köprüsü oluşumu sayesinde, polimerizasyon ve

böylece yüksek moleküllü silikatlar meydana gelir.

47

Çok komponentli camlar, ağırlıklı olarak lif prodüksiyonu alanı içindedirler. Quartz

cam ağ yapısı, bunun içinde biraz değiştirilmiş bir formda bulunur. Ağ yapının aralıklarına

yerleşen mevcut katyonlar, düzenli ve kapalı bir kafes oluşturamazlar. Bu nedenle bunlar,

grup içinde, cam içyapısında olduğu gibi, hazır SiO4 kafesi değiştirmek zorundadırlar.

( kafes değiştirme ). Bu katmerli yapı, içindeki Si-O-Si bağları beraberindeki Oksijen

sayesinde açılmakta ve böylece ayrılma alanları oluşmaktadır. Bu efekt, ağ yapı değiştirmenin

bir örneği olarak, Na2O’i takip eden gruplarda gösterilebilmiştir.

Katyonlar, ağ yapı üzerinde yanlan, çok katlı - ne kadar küçük çaplı, o kadar büyük

yüklü yörüngeler etrafına etki eder. Sırasıyla K-Na-Li-Ba-Sr-Ca-Mg-Ti, ayrılma bölgelerinin

sayısını arttırır. Bu yüzden, aynı zamanda viskoziteyi düşürür, yani erime sırasında sıvı

camlar elde edilir.

Ağ yapı değiştiriciler ( Örn.: K2O, CaO, BaO, Na2O ve PbO) cam oluşturmazlar, fakat

cam özelliklerine etki eden oksitleri oluştururlar. Ara oksit denilen ( Örn.: MgO, BeO ve

TiO2) diğerleri, hem ağ yapı formu fonksiyonlarını, hem de ağ yapı değiştiricilerini üzerlerine

alabilirler. Şekil 13, cam ve cam elyafların strüktürel yapılarını şematik olarak

göstermektedir.

Şekil 13: Cam elyafların iki ölçülü strüktür modeli

- A-Cam

48

A-Cam, alkali kireç camları grubuna aittir. Bu grup için karakteristik, yüksek miktar

Silisyumdioksit ve düşük miktar Alüminyumtrioksit, Magnezyum oksit, Kalsiyum oksit ve

alkali oksitlerdir. A-Camın özelliği, alkali oksitlerin % 1’ den küçük bir kısmını içermesidir.

Ek olarak, Bortrioksit içermezler veya çok az bir doz içerirler.

- C-Cam

C-Cam, benzer şekilde alkali kireç camları grubuna aittir, bununla beraber, yüksek bir

Bortrioksit kısmı vardır. Karakteristiği, iyi kimyasal dayanıklılıktır.

- D-Cam

D-Camları, Silisyumdioksit bakımından zengin, teknik camladır. Bunlar kural olarak

% 8-13 arasında B2O3 içerirler. Bunlar kimyasallara karşı yüksek mukavemetin sıcaklık

değişimlerine gösterdikleri direncin yanında, özellikle dielektrik özellikleri sayesinde ün

kazanmışlardır. Bu yüzden, iyi izolasyon özelliklerinin istendiği her yerde kullanım alanı

bulmuşlardır.

- E-Cam

E-Cam gerçekte Silisyumdioksit ve Bortrioksitin yanında, her şeyden önce cüzi oranda

Aluminyum trioksit içerir. Alkali oksit miktarı, kural olarak % 1’ den azdır.

Kimyasal bileşiminden dolayı elektrik kullanımı için daha uygundur. Esas rolü ise

kuvvetlendirilmiş liflerde bağlama hammaddesi alanındadır. Tekstil cam lifleririin bugün

yaklaşık % 90’ i E-Camlarından üretilmektedir. Burada esas, on yıllardır kullanılan

yöntemlerin ve bulunan üretim proseslerinin, özellikle direkt eritme yönteminden sonra

olmasıdır.

- ECR-Cam

ECR-Cam, Silisyumdioksit ve Kalsiyumoksitin yanında, herşeyden önce % 17’ den

küçük bir miktarda Aluminyum trioksit içerir. Atkali oksitlerin oranı genel olarak % 1’ den

küçüktür. Yüksek kimyasal dayanıklılığı sayesinde - herşeyden önce asitlere karşı özellikle

kumaş güçlendirmesi için uygundur.

-R-Cam

-R-Cam, Alumosilikat camları için cüzi miktarda Aluminyumtrıoksit ve

Silisyumdioksit yanında ek olarak, Kalsiyum ve Magnezyum Oksitin varlığını ispatlar yüksek

mukavemeti ve yüksek yorulma, sıcaklık ve rutubet dayanıklılığı sayesinde tanınmıştır.

- S-Cam

49

S-Cam da R-Cam gibi Alumosilikat cam grubundandır, fakat Kalsiyum Oksit

içermezler, Magnezyum Oksit miktarı % 10 civarındadır. R-Camdaki gibi yüksek

mukavemetten dolayı yüksek mekanik özellik istenen her yerde kullanım alanı bulmuştur.

- Diğer Çeşit/er:

- AR-Cam

AR-Cam Zirkonoksitten yüksek bir katkı içerir ve özellikle alkalilere dayanıklıdır.

M-Cam

-M-cam, özel bir camdır. Berilyumoksit içerir ve yüksek E-Modülü sayesinde

tanınmıştır.

- Mikrocam elyaflar

Mikrocam elyaflar, E- ve C-Camlarından üretilirler. Standart cam tipi, yüksek alkalili

ve toprak alkalili bir C-Camıdır. Mekaniksel ve fiziksel özellikleri C-Camlarının bileşiminden

oluşur.

- Silica Lifleri

Silica lifleri veya iplikleri, adeta yalnız Silisyumdioksitten ( SiO2 miktarı> % 99,8)

oluşur ve yüksek sıcaklık mukavemetleri ile tanınırlar. Üretim yöntemlerine göre şu çeşitlere

ayrılırlar: Eritilmiş, eritilerek ayrılmış, sol-gel yöntemiyle üretilmiş veya bir proses üzerinden

üretilmiş Silica lifleri.

- Z-Cam

Z-Cam, AR-Cam ile kıyaslanabilirdir, bunu şüphesiz büyük miktarda Silisyumdioksit

ve Zirkonoksit içermeleri ispatlamaktadır. Bu, iyileştirilmiş çimento mukavemetli bir cam tipi

gösterir.

Farklı cam tiplerinin önemli kısımları Tablo 6’ da gösterilmiştir. Tabloda önemli

tiplerin ve bazı özel tiplerin kimyasal bileşimleri detaylarıyla gösterilmiş ve tamamlanmıştır.

Tablo 6: Farklı cam tiplerinin kimyasal bileşenleri

50

Bileşenleri Standart Tipler Özel Çeşitler

[%] Typ A Typ C Typ D Typ E Typ R Typ S Alkali Tipler Typ AR Typ Z Silika

SiO2 70,0-72,0 60,0-66,0 72,0-75,0 50,0-56,0 60,0 62,0-65,0 65,0-70,0 62,0-75,0 60,9 71,0 99,9

Al2O3 < 2,5 < 6,0 < 0,5 12,0-16,0 24,0-25,0 20,0-26,0 -- < 0,6 -- 1,0 --

Cao 5,0-10,0 <14,0 -- 16,0-25,0 6,0-9,0 -- 4,0-8,0 -- 4,8 -- --

MgO 0,9-4,0 <3,0 0,2 < 6,0 6,0-9,0 10,0-15,0 -- -- 0,1 -- --

B2O3 < 0,5 2,0-7,0 22,0-23,0 6,0-13,0 -- < 1,2 -- < 6,0 -- -- --

F -- -- -- < 0,7 -- -- -- -- -- -- --

Na2O 12,0-15,0 8,0-15,0 1,3 0,3-2,0 0,4 < 1,1 14,0-20,0 13,0-21,0 14,3 11,0 --

ZrO2 -- -- -- -- -- -- -- 7,0-17,0 10,2 16,0 --

K2O < 1,5 1,0-8,0 < 1,5 0,2-0,5 0,1 -- < 3,0 -- 2,7 -- --

Fe2O3 0,5 < 0,3 0,2 0,3 0,3 -- -- < 5,0 -- < 2,7 --

TiO2 -- -- -- -- 0,2 -- 6,0-12,0 < 4,0 6,5 -- --

ZnO -- -- -- -- -- -- -- 1,0-10,0 -- -- --

CaF2 -- -- -- -- -- -- -- < 2,0 -- -- --

LiO2 -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1,0 --

SO3 0,7 -- -- -- -- -- -- -- 0,2 -- --

6.4. Özellikleri

Tekstil cam lifleri genel olarak az esnemelerde yüksek çekme mukavemeti ve çok az

yoğunluk gösterirler. Bundan çelik ve alüminyum gibi konvansiyonel hammaddelerin

karşısında ağırlık çekimine göre uygun mukavemette, yani E-modülünde olduğu sonucu

çıkartılır. Esneme tam elastiktir ve gerilim-uzama ilişkisi kırılana kadar lineerdir. İyi termik

özelliklerinin yanında tekstil camları doğal mineral hammaddedirler, yanmazlar ve sıcaklık

etkisi altında ne buharlaşırlar ne de zehirli madde açığa çıkarırlar. Kimyasallara karşı da göze

çarpan bir davranış gösterirler. Cam yağa, çözücülere ve katı yağlara karşı dayanıklıdır ve her

durumda asit ve sudkostiklere karşı pH 3-9 arasında dayanıklılık gösterir.

Cam liflerinin birçok özellikleri karbon lifleriyle bezerlikler göstermektedir.

- E-Cam

Yoğunluk ( g/cm3 ): 2,52 - 2,6

- Mekanik Özellikler:

E-Modül (N/mm2) : 72000 -77000

Çekme mukavemeti (N/mm2 ) : Flament 3400 - 3700

(Çapı 10 3500)

Zengin cam kısmı içeren

UD-Laminatları 2400 - 2600

Kopma uzaması (%) : 3,3 - 4,8

51

Kayma modülü (N/mm2 ) : 30000

Yanal büzülme değeri : 0,25

(1. Index: Büzülme yönü)

(2. Index : Gerilme yönü, bu büzülmeyi sağlayan)

Kopma mukavemeti (Uygulamaya bağlı):

Piyasa iplikleri (N)

EC-5 2,8 : 1,25

EC-13’ e kadar 544 : 280

Piyasa dokumaları (N/cm)

80 g/m EC-9 34, keten bezi : 170 (çözgü) 160 (atkı)

905 g!m ‘ye kadar, EC-14 2400 çaprazdokuma2/2 :1710(çözgü) 1620(atkı)

- Elektrik Özellikler:

Dielektrik değeri e (106 Hz’ de) : 5,8-6,7

Dielektrik kayıp faktörü 8 (106 Hz’ de) : (20-35). 10-4

Spesifik elektrik direnci ( .cm) 20°C’ de: 1015

250°C’ de :1013

450°C’ de : 1011

700°C’ de: 107

- Termik Özellikler:

Lineer genleşme katsayısı (K-1) : 5.10-6

Spesifik ısı kapasitesi c ( J/Kg.K) : 840

Isı iletkenliği [W/(m/K) ]: 0,85 - 1

Kalan çekme mukavemeti (% ) 200°C’ de : 98 600°C’ de: 14

300°C’ de : 82 700°C’ de : -

400°C’ de : 65 -200°C’ de : 100

500°C’ de : 46

Devamlı yükleme sınırı (°C) : 250

Littleton noktası (°C) : 840

- Çeşitli Kimyasal Maddelerin Etkisi Altında Mukavemet İlişkileri:

30 günlük etki stires mukavemet kaybı (%)

52

Hava ( 20°C, % 65 relatif nem) : < 15 (100 günde : % 21)

Destile su (20°C) : <30 (100 günde: % 35)

Asetik asit: 15 ‘e kadar

Nitrik asit : <30

Asittuzu: 15-30

Sülfirik asit : <30

Amonyak: 15. - 30

Kostik soda: <30

Klor hidrojeni: 25 (30 dk. sonra)

- Nem Alma:

20°C’ de ve %65 relatif nemde ( %) : < 0,1

6.5. Kullanım Şekli

Cam liflerinin ek yapılarından, cam filamentleri ve cam stapel elyaflar arasında

olanlar, ayrılmak zorundadır. Burada sonuncusu kötü bir davranış göstermiştir ve bundan,

farklı kullanım yapıları doğmuştur. Cam filamentleri ağırlıklı olarak E-Camlarından

üretilirler. Tekstilin birçok alanında ( Rovings, hali, dokuma, grift, örme şerit, hortum, çorap )

kullanım alanı bulmuşlardır. Esas fonksiyonu, lif bağlı yapı elemanlarında güçlendirme,

elektrik ve termik izolasyondur. Tablo7, E-Cam filament ipliklerinin esas fonksiyonlarım ve

buna ait ek yapıları göstermektedir.

Tablo 7: Cam filament ipliklerin kullanım yerleri ve görevleri

53

Görevi Kullanım Yerleri

Plastiklerin güçlendirilmesi (hafif yapı,

kompozit)

Hava yolları, gemi inşası, spor araçları,

uçak yapımı, askeri koruma, tıp alanında

Yapı ürünlerinin güçlendirilmesi Sıva donanımı, çatı yolu, hali tabanı,

mermer plaka, asma çatı, izoleli ızgara.

Endüstriyel fonksiyon kısımlarının

güçlendirilmesi

Zımpara taşı, diş bağı, kavrama balatası,

kablo

İnce yatakların güçlendirilmesi Dokusuz yüzey, kağıt, levha, yapışkan şerit

Elektrik izolasyonu Kablo, elektrikli makinalar

Termik izolasyon İletim sistemleri, conta malzemesi,

sönümleyici, işçi elbisesi

Farklı maddelerin arındırılması ve korozyon

önleme

Filtre, boru hattı ve depo koruyucusu

Estetik ve yangından koruma Duvar kağıdı, dikey lamel, dekorasyon

malzemesi

Yalıtkan ve güçlendirici İletken yapraklar

Cam filament ürünleri ve cam eğirme iplikler ticari açıdan sıklıkla kullanılan

ürünlerdir. Teknik tekstilde ve yüksek verimli lif bağlama maddelerinde kullanılırlar. Teknik

tekstiller için filtre, dokuma, izolasyon, buhar ve izolasyon materyali olarak; yüksek verimli

lif bağlama maddeleri içinse, genellikle havacılıkta, otomobil endüstrisinde, depo ve gemi

inşasında kullanılır. Cam filament ürünleri, kuvvetlendirme materyali olarak beton

kaplamalarda, yeni tasarlanmış büyük projelerde (köprü konstrüksiyonlarında, yüksek

binaların güçlendirme elemanı olarak) kullanılmaya başlanmıştır.

Stapel elyaflar yalnızca C-Camdan üretilirler ve genellikle iplikler, katlı iplikler,

dokumalar, örgü dokular, yapağılar, bağlayıcılar paketleme ve corıta malzemesi olarak tekrar

kullanım alanı bulmuşlardır. Esas kullanım alanı (piyasası) kimya endüstrisi, kimyasal yapı

tesisatları ve asbest yedeğidir. Cam stapel elyaf fitiller, dokumada atkı ipliği olarak, ziftli

54

çatılar ve sıkıştırma yolları için taşıyıcı olarak, depo ve boru iletim yapılarında korozyon

önleyici olarak veya filtrasyon materyal olarak kullanılırlar.

Cam stapel elyaf iplikler, atkı ve çözgü ipliği olarak dokumada ve çapraz örmede

düşünülebilir. Cam stapel lif iğneli dokusuz yüzeylerin önemli ilave yapıları, termik ve

akustik izolasyondur; filtrasyon tekniğinde ve plastik güçlendirmesinde kullanılır.

55

7. POLİETİLEN LİFLERİ

Elli yıl önce poliamidlerin keşfini yapan Carothers mükemmel mekanik özelliklere

sahip elyaf yapısının; uzatılabilen ve molekül ekseni çevresinde ve lif eksenine paralel olarak

kendilerini düzenleyebilen uzun doğrusal ve düzenli makromoleküllerden oluştuğunu

söylemiştir.

Carothers tüm bu fikirleri ortaya koyduğu sırada polietilen yeni keşfedilmişti. Bu

düşük yoğunluklu PE ’di (LDPE) Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında yapılan bu PE bir

çok yan zincirli yapıya sahiptir ve kesinlikle uzun ve düzenli değildir. 1950 ‘li yılların

başlarında Ziegler katalist sistemi keşfetmiş ve bu sistemin yardımıyla düşük basınç altında

üretilen yüksek yoğunluklu (HDPE) polietilenin üretilmesine olanak sağlamıştır. Bu PE

nerdeyse tamamen doğrusal zincir bir yapıya sahiptir.

Bundan sonraki ilk önemli adım 1957 yılında Keller tarafından atılmıştır.

Kristalizasyon sırasında makromolekül zincirleri kendi üzerlerinden geriye doğru katlanır ve

zincir doğrultusunda dik kristal düzlemleri ile tabakalar oluştururlar. (Şekilde görülmektedir)

Bu tür bir yapı PE’nin yumuşak veya solüsyon çekimi sırasında hep gözlenir. Böyle

bir yapının gerdirilmesi ile yüksek performanslı lif üretilebilir.

Bir polimerin dayanıklılığını artırarak için yapılan çekme işlemi çok bilinen bir

teknoloji dalıdır. Elyafa uygulanan çekme oranı elyafın çekmeden önceki ve sonraki boyu

ölçülerek tespit edilebilir. Bu oran polimerde sınırlı bir değerdir ve PE için 10’dur. Ancak bu

sınırlı değerler kesinlikle yüksek performanslı elyaf üretimine uygun değildir.

1960’lı yılların başında DSM araştırma laboratuarında çalışan Pennings bu problemi

araştırdı ve PE solüsyonların karıştırılması üzerine çalışmalar yaptı. Karıştırılmış PE

solüsyonu içinde oluşan değişik bir yapı buldu. Böyle bir yapının tamamen düzenli bir yapı

olduğunu gösterdi. Pennings’e göre yüksek kristalin yapıya sahip olan bu strüktür oryante bir

backbone üzerine belli aralılklarla sıralanmış olan katlanmış zincir yapılarından oluşur. Bu

yapıya benzerliğinden dolayı şiş-kebap adı verilmiştir.

Pennings daha sonra bu buluşu ve yüzey büyütme metodunu kullanarak organik

polimerle o güne kadar yapılmış fibrillerden daha dayanıklı fibriller üretti. Ancak bu metod

ticari kullanımlar için çok yavaştı.

Bununla birlikte aynı zamanlarda diğer bilim adamları alternatif metotlar

araştırmaktaydılar. Profesör Ward Leed Üniversitesinde PE’nin yumuşak çekim üzerine

çalışmalar yapmaktaydı ve yüksek performanslı elyaf sayılabilecek modüle sahip elyaf

üretmeyi başardı. Ancak bu yeni elyafın kopma dayanımı normal polietilenden yüksek

56

olmasına rağmen yeterince uygun değildi. Üretilen elyaf istenen moleküler düzene sahip

olmasına rağmen moleküler ağarlık çok fazla değildi. Bunu sebebi de bu çekim metodunun,

yüksek moleküler ağarlıkla çalışıldığında yapmış olduğu problemdir. Kısa molekülleri birlikte

tutan sadece aralarındaki zayıf Van der walls kuvvetleri ve karışıklıklardır. Bu modele

uygulanacak herhangi bir kuvvet moleküllerin birbirleri üzerinde kaymasına sebep olur. Bu

probleme çözüm, gergin moleküller kullanımı olabilir. Ara zincir üzerinde bulunan

moleküller bağlar etrafında hemen hemen hiç hareket etmezler ve solüsyon içinde de sanki

gergin iğneler gibi davranırlar. Bu tür moleküller çekme sırasında otomatik olarak elyaf

ekseni doğrultusunda sıralanırlar. Bu polimerlerde moleküller arasındaki daha güçlü olan

hidrojen bağları kayma problemini ortadan kaldırmış olur.

1970’li yılların sonlarına doğru DSM araştırma merkezinde Smith ve Lemstra esnek

moleküller kullanarak yüksek performanslı elyaf üretiminin tamamen başka metodla

başardılar. Yüksek oranlarda seyreltilmiş ultra-yüksek moleküler ağarlığa (UHMW-PE)

içinde uzun ancak karışık halde bulunmayan moleküllerin yer aldığı polietilen solüsyonu

kullandılar.

Bu metotta çekim ve soğutma sırasında daha az karışık halde bulunan normal

katlanmış zincir yapıya sahip kristaller ve molekül zincirleri elde edilir. Böylece yüksek

modüllü ve kopma mukavemetli elyaflar elde edilir.

Çekim ve soğutmadan sonra elyaf jel görünümü alır ve bu yüzden bu metoda jel çekim

metodu denir. Her şeyden önemlisi bu metot ticari olarak kullanıma uygundur. DSM bu

elyafın patentini aldı ve bu elyafı 1986 yılında Dyneema olarak piyasaya tanıttı.

7.1. Dyneemanın Ticari Üretimi

Dyneema ticari olarak 1990’dan beri Hollanda’daki Heerlen fabrikasında üretilir.

Dyneema lif üretim talebi düşük enerji kullanımı ve aggresive kimyasallar kullanılmamasıyla

ilgilidir.

Ürün kolaylıkla yeniden işleme (recycle) sokulabildiği için proses ve üründen gelen

çevre kirlenmesi minimumdur. DSM üretim için Toyobo Co (Japonya) ve Allied Signal

(ABD) firmaları ile anlaşmalıdır.

Bu arada DSM’ de araştırma geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Üretimin

başladığından beri Dyneema lifinin performansı devamlı geliştirilmektedir. Yeni modelle

tanıtılmaktadır ve yenileri gelecektir.

57

HDPE lifinin jel bükülmesi işlemi mekanik ve fiziksel parametrelere bağlıdır,

kimyasal değildir. Bu onu kolaylıkla değişlik biçimlerde geniş bir alanda üretmemize imkan

verir.

Başlangıçtan beri kalite kontrol DSM için en önemli konu olmuştur ve kalite

sertifikası alınmıştır.

7.1.1. Lif Özellikleri

• Dünyadaki en dayanıklı ürün

• Çok yüksek modül

• Düşük esneme

• Sudan hafiflik

Dyneema lifi bu özelliklerin bir bileşimidir. Yoğunluğunun 1 ‘in biraz altında

olmasından dolayı lif suda yüzer. Fakat dayanıklılığı en yüksektir, hatta iyi kalite bir çelikten

bile on beş kez fazladır. Modül oldukça yüksektir. Kırılmadaki uzama Dyneema için diğer

yüksek performanslı lifler kadar düşüktür. Fakat yüksek dayanıklılık yüzünden koparmak için

gerekli enerji yüksektir.

Tablo 8: Dyneema liflerinin teknik özellikleri

Dyneema Dyneema Dyneema

Yoğunluk (g/cm3) 0,97 0,97 0,97

Mukavemet (N/tex) 2,8 3,1 3,3

Mukavemet (gr/den’den) 32 35 37

Mukavemet (GPa) 2,7 3,0 3,2

Spesifik Modül (N/tex) 91 97 101

Spesifik Modül (gr/den’den) 1025 1100 1150

Modül (GPa) 98 95 99

Kopma Uzaması (%) 3,5 3,6 3,7

Dyneema lifleri ticari olarak üç tip üretilir.

1. Dyneema SK6O: Çok amaçlı bir tiptir. İplikte şeritte, koruyucu elbiselerde ve çarpmaya

dayanıklı eşyalarda bir bileşen olarak kullanılır.

58

2. Dyneema SK65: Dyneema SK6O dan daha fazla dayanıklılığa ve modüle sahiptir. Bu lif;

yüksek dayanıklılığa ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılır ve maksimum ağırlık koruması

(kazancına) ulaşılabilinir.

3. Dyneema SK66: Balistik koruma için özel olarak dizayn edilmiştir. Bu lif ultrasonik

hızlarda en fazla enerji absorpsiyonu temin eder.

Mukavemet ve kopma noktasındaki uzama miktarları değerlerinin bir arada

kullanılması ile vurma mukavemeti ve potansiyel enerji absorbsiyon değerlerinin belirlenmesi

kolaylaşır. Dyneema diğer elyaflarla karşılaştırıldığında yüksek bir vurma mukavemetine

sahip olduğu görülür. [4]

Şekil 14: Çeşitli Liflerin Spesifik Mukavemet ve Spesifik Modülleri Arasındaki İlişki

Diyagramlar Dyneemanın özelliklerini diğer yüksek performanslı liflerle

karşılaştırarak göstermektedir.

7.1.2. Dyneerna Lifinin Dayanımı

• Dünyadaki en yüksek dayanıklılık

• Çok yüksek spesifik modül

• Çok yüksek enerji absorpsiyonu

• Düşük ağırlık

59

Lifin dayanımı serbest kopma uzunluğu (free breaking length) olarak ifade edilebilir.

Serbest kopma uzunluğu, lif ya da ipliğin serbestçe açıldığında kendisini kendi ağırlığıyla

koparttığı uzunluktur. Serbest kopma uzunluğu lifin ya da ipliğin kalınlığına bağlı değildir.

Dyneema lifi aşırı enerji absorbe edebilir. Bu özellik lifi, motosiklet kaskı ve kesilmeye

dayanıklı eldiven gibi ürünler için uygun kılar. Bu uygulamalarda sadece yüksek dayanım

değil yüksek enerji absorpsiyonuda kullanılır.

-Suya dayanıklılık

-Kimyasallara dayanıklılık

-UV ışınlarına dayanıklılık

-Aşınmaya dayanıklılık

Dyneema elyafı HDPE’den üretilmektedir. Aromatik halkalar, amin grupları,

hidrolitik gruplan içermez. Sonuç olarak yüksek kristalli elyaf ve mükemmel bir dayanıklılık,

suya, neme, birçok kimyasal maddeye, ultraviyole ışığa ve mikroorganizmalara karşı

dayanıklıdır. Dyneema deniz suyunda ve nemde şişmez, hidrolize olmaz.

Tablo 9’da çeşitli kimyasalların ve çözücülerin dyneema ve Aramid lifine olan etkileri

görülmektedir. Dyneema lifi sadece yüksek konsantrasyondaki alkaliden kısmi olarak

etkilenmektedir.

Tablo 9: Çeşitli Maddelerin Dyneema ve Aramid Lifine Etkileri

6 Aylık sürede Dyneema Aramid

Destile Su *** ***

Deniz suyu *** ***

%10’luk deterjan *** ***

HCL (pH=0) *** *

Asetik Asit *** ***

Nitrik Asit *** *

NaOH(pH=14) ** *

Amonyum Hidroksit *** **

Toluen *** **

Triklormetan *** ***

Petrol *** ***

*** Etkilenmez, ** Kısmi etkilenir, *Etkilenir

60

Dyneema elyafın ultraviyole ışığa karşı dayanımı çok iyidir ve özel bir önlem almaya

gerek yoktur. Dyneema lifini üretmek için kullanılan yüksek molekül ağırlıklı polietilen

mühendislik plastiği olarak bilinir. Mühendislik plastiği aşınmaya karşı dayanıklılık için

kullanılır. Böylece dyneema liflerinin de aşınmaya karlı dayanıklı olması sürpriz değildir.

Şekil 15: Dyneema ve aramidin alkalilere karşı dayanımı

7.1.3. Isısal Özellikler

Dyneemanın erime noktası ölçme metoduna bağlı olarak 144-152°C arasındadır.

Dayanıklılık ve modül yüksek sıcaklıklarda düşer fakat 0°C nin altındaki sıcaklıklarda

yükselir. 150°C ye kadar kolay kopabilirlik noktası yoktur. Lif 80-100°C arasında

kullanılabilir. Daha fazla sıcaklıklara maruz kalmak özelliklerde ciddi bir kayba yol açmaz.

8. PEN (Polietilen Naftalat) LİFLERİ

61

PEN yüksek performanslı ve pahalı bir polimerdir. PEN iyi bariyer özellikleri ve

yüksek camsı geçiş sıcaklığı nedeniyle paketlemede, içecekler için kutu yapımında ve sıcak

dolumlu şişelerde kullanılır. Polietilen naftalat, polyester ile karşılaştırıldığında yüksek

modüle sahiptir. Kamer sistemleri ve film yapımı için avantajdır bu özellik.

Penoligomeri dimetil-2,6 naftalat dikarboksili ve etilen glikolün 230°C’ de geriye

dönebilen reaksiyonu sayesinde olur.Bu tepkimede mangan diasetat katalizör görevi görür.

Oligomer, 290°C’ de antimon tiroksid katalizörü yardımıyla polimerize edilir. Yüksek

molekül ağırlığı için cipsin, 227°C’de, yüksek vakum altında 14 saat bekletilerek

yapılmalıdır.

Lif çekme sırasında kullanılan düzeneğin: elektriksel yolla ısıtılan 30mm

uzunluğundaki bir ekstrüderü, pompası, filtresi ve 36 dairesel delikten oluşan püskürtme

memeleri vardır. Ekstrüder, pompa ve püskürtme memelerinde sıcaklık 310°C’dir. Lif

çekildikten sonra havayla soğutulur. Sarım hızı 4000 m/dk’dır.

Tablo 10: PES ve PEN’in karşılaştırılması

ÖZELLİKLER PES PEN

Camsı Geçiş Sıcaklığı (oC) 80 122

Subuharı Geçirgenliği(gmm/m2.gün.atm) 0,7 0,2

O2 Geçirgenliği (cm3.mm/m2.gün.atm) 2,4 0,6

CO2 Geçirgenliği(cm3.mm/m2.gün.atm) 12,2 2,4

Hidroliz Direnci (hr.) 50 200

Çekme Direnci (MPa) 45 60

Radyasyon Direnci (MGy) 2 11

UV Absorbansı (360nm.de) 1 17

Yaş Çekme (100oC) 5 1

Kuru Çekme (150oC) 1,3 0,6

Erime Noktası 250 288

Elastik Modülü 3900 5200

Buradan çıkan sonuca göre PEN lifi;

• daha yüksek ısıl dirence,

• daha düşük hava ve su geçirgenliğine,

• daha yüksek UV korumaya,

• daha iyi kimyasal dayanıma,

• daha büyük elastisite modülüne ve

• daha iyi mekanik özelliklere sahiptir.

8.1. Multifilament PEN Lifleri

62

Multifilament PEN liflerine genelde 2 tip proses uygulanır: Yüksek oryantasyon ve

orta dereceli oryantasyon.

Yüksek oryantasyon uygulanmış PEN lifleri yüksek çekme direncine ve düşük çekme

uzamasına sahiptirler. Bu tip PEN lifleri, araba lastiğinin yapısını takviye etmede ya da

yüksek kuvvet dayanımı gerektiren yelken bezleri, ip ve halat takımlarında kullanılır.

Orta derecede oryante edilmiş multifilament ve kesikli PEN lifleri ise genelde elektrik

izolasyonunda ve endüstriyel flitrasyonda dokuma ya da dokusuz yüzey olarak kullanılırlar.

8.1.1. Yüksek Oryantasyonlu Multifilament PEN Lifleri

Yüksek oryantasyonlu multifilament PEN lifi üretmek için hem reçinenin hem de lif

çekme teknolojisinin optimize edilmesi gerekir. Lif çekme ve oryantasyonunda PES lif çekme

teknolojisi de kullanılabilir. Yüksek oryantasyonlu PEN lifleri Teijin, KoSa ve Honeywell’

den temin edilebilir.

PEN liflerinin üstün ısıl ve mekanik özellikleri onu araba ve kamyon lastiklerinin

takviye edilmesinde kullanılan lifler arasında önemli bir aday yapıyor. Sıcaklıkla düşük kuru

çekme özelliği lastik üretimi önemli bir avantajdır.

8.2. Kullanım Alanları

8.2.1. Gövde Takviye Malzemesi

Gövde takviyesinde PES yoğun olarak kullanılıyor. Özellikle yüksek modüllü / düşük

çekme özelliği gösteren HMLS PES tercih ediliyor. İyi bir karışım özelliği gösterdiğinden

radyal lastiklerde en çok tercih edilen lif tipi Naylon, kuvvetin en önemli olduğu çapraz katlı

lastiklerde yaygın olarak kullanılıyor. Rayon ise yüksek sıcaklıklarda da mekanik özelliklerini

koruyabildiğinden Avrupa’ da yüksek performans gerektiren lastiklerde tercih ediliyor

Aramid de yüksek- performanslı bir lif; ama çok pahalı. Yüksek fiyatından dolayı aramidin

kullanımı yarış arabaları ve lüks arabaların lastikleriyle sınırlı PEN üstün performans

özelliklerinden dolayı rayon ve poliaramidleri aratmıyor. PEN’ den yapılan kord bezleri hem

Avrupa’da hem de Asya’ da kullanılıyor.

8.2.2. Sırt Kuşak Takviye Malzemesi

63

Radyal lastiklerde kord bezi kullanımı radyal yönde takviye sağlıyor. Sürüş yönünde

de takviye sağlamak için sırt kuşak gerekli. En çok tercih edilen kuşak malzemesi çeliktir.

Kauçuğa adhezyonunu arttırmak amacıyla pirinçle kaplanarak kullanılır. Çelik en çok

kullanılan kuşak malzemesi olmasına rağmen, son zamanlarda daha düşük molekül ağırlığına

sahip olduklarından dolayı sentetiklere geçiş var. Aramid, çeliğe iyi bir alternatif; ama pahalı

bir lif. Sentetik sırt kuşaklarının çelik sırt kuşağa göre dezavantajı ise, sürüş zorluğuna sebep

olması, daha zor kontrol sağlanmasıdır.

PEN ise düşük bükümde iyi bir dinamik yorulma davranışı gösteriyor ve modülü

aramide göre daha iyi. Böylece lastik ağırlığında önemli bir azalma oluyor ve daha az yakıt

kullanılıyor. Kullanılmış lastiklerin geri dönüşü açısından bakacak olursak PES, PEN’den

daha iyi bir seçim.

8.2.3. Kord Bezi Malzemesi

Tekstil kord bezi yüksek hızlarda merkezkaç kuvvetlerine karşı koysun diye sıkıştırıcı

bir kuvvet oluşturması amacıyla kullanılır. Naylon 66 yüksek kuvvetlerdeki üstün performans

özelliklerinden dolayı çok tercih edilen bir liftir ama PEN de 177°C’ de naylona benzer

özellikler göstermesi nedeniyle PES ile birlikte kord bezinde yoğun olarak kullanılıyor.

Honeywell, yüksek dayanımlı / yüksek modüllü PEN lifini PENTEX ® adıyla ticarileştirdi.

1999 yılının ocak ayında, İtalyan lastik firması Pirelli, kord bezinde PENTEX ® kullanılmış

lastiklerini piyasaya sürdü. PEN’in yüksek modülü, yüksek performans gerektiren

kullanımlarda boyut stabilitesi sağlıyor.

Japonya’mn en büyük lastik firması, naylon kord bezi yerine PEN’den yapılmış kord bezi

kullanıyor. Boyut stabilitesinin yanında PEN’in lastiğe getirdiği rijitlik, yol yüzeyinde oluşan

sesin araba içine geçmesini de önlüyor. Testler sonucu PEN’in % 30 oranında sesi daha çok

önlediği görülmüştür.

8.3. PEN’ in Diğer Kullanım Alanları

64

8.3.1. Kuşak ve Hortumlar

Otomotiv dizaynı daha üst model motor tiplerine geçtiğinden dolayı, liflerden

beklenen özellikler de değişti. Bugün lifler sadece iyi ısıl ve mekanik özelliklere sahip

değiller, aynı zamanda sıcak ve nemli hava şartlarına karşı kimyasal ve hidrolik dirençleri de

var. PEN lifi bu özellikleri karşılayacak niteliktedir.

8.3.1.1. Avantajları

• Fiyatı (Aramid’in yan fiyatı),

• Çok düşük kuvvet kaybı,

• Yüksek modül (PES’in 2 katı),

• İşlem sonrası düşük çekme,

• Yüksek adhezyon ve adhezyonu destekleyici özellik,

• Gelişmiş dinamik yorulma direnci.

8.3.2. Kordon ve Halatlar

PEN yüksek dayanımı, hidrolik stabilliği ve UV ışınlarına karşı direnci sayesinde

kordon ve halat uygulamalarında çok fazla kullanılıyor. Düşük ve yüksek oranda çekilmiş

PEN kombinasyonu, kurtarıcı halat uygulamalarında tercih ediliyor. Bugün halatlarda PEN

‘in yüksek performansından büyük ölçüde yararlanılıyor.

8.3.3. Kompozit Olarak Kullanımı

PEN, kompozit olarak PES ya da cam lifi kombinasyonuyla kullanılan bir liftir. Güçlü

bağlarından dolayı 2 kat arasına yerleştirilip, PES matriksine gömülerek etkili bir

kombinasyon oluşturulabilir. Bu lif, çekirdeği PEN, dışındaki zarı PES olacak şekilde

bikomponent olarak da üretilebilir. Üretim esnasında uygulanan sıcaklık iki lifin erime

noktaları arasında bir değerdir. Oluşan yapı çok iyi sertliğe, esnekliğe ve vurma

mukavemetine sahip olur. PEN/PES/Cam lifi takviye malzemesi direk olarak PEN lifi, PES

lifi ve cam lifi reçinelerinden üretilebilir. Örnek verecek olursak; 1:1 oranında PEN lifi ve

cam lifi karışımı PES topaklarıyla ağırlık oranı 30:70 olacak şekilde karıştırılırsa, PES ve cam

65

lifinin tek başlarına kullanıldıkları duruma göre daha üstün dayanım, eğilme kuvveti ve

bozunma sıcaklığı elde edilir.

8.3.4. Dış Kullanımlar

Naftalatların UV ışınlarını eşsiz absorbe etme özelliklerinden dolayı dış ortama maruz

kalan kullanım şartlarında mekanik özelliklerini kaybetmezler.

Tablo 11: UV Işınlarına Karşı Pes ve PEN ‘in Dayanımları

UV Enerji Dozajı 150.000 joule 225.000 joule 488.000 jolue 601.000 Joule

PES(%) 34,4 29,3 18,5 12,7PEN (%) 86,8 85,4 66,2 58,3

Bu özelliklerinden dolayı PEN lifi emniyet kemerleri, yelken bezleri, çadırlar ve

gemici giysileri gibi dış ortama maruz kalan uygulamalarda büyük yarar sağlar. Son

zamanlarda yüksek performans özelliklerinden dolayı PEN’ den oldukça faydalanılıyor.

Challenge Sailcloth Inc. Firması Honeywell’in yüksek dayanımlı PEN lifinden yapılan

(PENTEX ) Super modulus TM yelken bezini piyasaya sürdü. Gelişmiş UV direnciyle

PENTEX lifi Karayipler, Akdeniz ve UV ışınlarının yüksek olduğu bölgeler için iyi bir

barınak sağlıyor.

8.3.5. Elektrik izolasyonunda

PEN lifinden yapılmış ısıl direnci olan dokuma kumaşların elektrik izolasyonu çok iyi.

PES/PEN karışımından yapılmış Dokusuz yüzeyler mükemmel bir boyutsal stabiliteye ve

elektriksel dirence sahipler. PEN ‘den yapılmış kumaşlar yüksek sıcaklıklarda (150°C )

fiziksel özelliklerini kaybetmezler. Daha yüksek değerler elde edebilmek için PEN lifinin

aramidlerle karışımı kullamlabilir. (Ör: Nomex) Böylece aramid ve PEN ‘in elektriksel

özellikleri arasında bir değer elde edilir.

8.3.6. Endüstriyel Filtrasyonda

66

Endüstriyel filtrasyon uygulamaları için lifin yüksek kimyasal ve ısıl dayanıma sahip

olması gerekiyor. PES ile karşılaştırıldığında PEN ‘in kimyasal dayanımı daha iyi (asit, baz ve

ağarlaştırıcılar).PBN lifi de sodyom hipoklorite karşı yüksek kimyasal dayanıma sahiptir.

PEN ve PBN karışımı kuru ve yaş filtrasyonda aramide alternatif oluşturur.

8.3.7. Otomobil İç Uygulamaları

Otomobil koltukları için PES ve naftalat karışımları dokusuz yüzey olarak

kullanılıyor. Camlaşma sıcaklığı (Tg) 80 °C’ den büyük olacak şekilde %80-93 PES ve % 7-

20 PEN karışımı kopolimer, otomobil koltuklarında kadife dokuma olarak kullanılabiliyor.

PES ‘e göre bu kopolimerin dayanımı 60 °C ve üstü sıcaklıklar için daha iyi. Ayrıca otomobil

koltukları için çekirdeği PEN, zarı PES olan bikomponent lifler de kullanılabilir. PEN

çekirdek ve PES zar ile hem PEN’in UV ışınlarından yararlanılıyor hem de daha düşük fiyat

elde ediliyor. Mesela % 85 PES çekirdek ve % 15 PEN zar, PES ile karşılaştırıldığ ında

65°C’de 24 saat UV ışınına karşı dayanımını % 85 daha fazla korur. PEN lifinin yüksek ısıl

direnci ve UV dayanımından dolayı PEN/PES karışımlarının otomobil koltuklarında

kullanımı fazladır.

9. BORON LİFLERİ

Cam liflerinin önemli bir darboğazı düşük katılığıdır (76 Gpa). Boron liflerinin

modülü 379-414 Gpa civarındadır ve bu nispeten büyük çapı ile birleştiğinde (100 µm),

eğilmeye mükemmel dayanım elde edilir. Boron lif takviyeli kompozitler yüksek kompresif

mukavemete sahiptir. Boron lifinin karbon lifi ile ortak bir avantaj da, yüzey hasarlarına cam

lifleri kadar hassas olmamasıdır.

Boron lifinin yüksek fiyatlı olması, alüminyum esaslı kompozitlerde bir takviye lifi

görevi gördüğü askeri uçak ve uzay mekiklerinde kullanılmasını sınırlandırmıştır. Bu liften

küçük miktarlarda spor eşyalarında kullanılır. Boron lifinin yüksek modülü takviyeli plastik

bileşenlerin üstün mekanik özelliklerine katkıda bulunmaktadır. [1]

10. METALİK LİFLER

67

Güçlü metal teller veya filamentler gerekli takviye malzemeleridir. İnce çelik tel

radyal lastik takviyesinde bilinmektedir. Metalik lifler, yumuşak malzemeler veya

polimerlerden çok beton takviyesinde bilinmektedir. Tablo 12’de bazı metal tellerin

özellikleri gösterilmektedir. [1]

Tablo 12: Bazı metalik liflerin özellikleri [1]

Metal telYoğunluk

(g/cm³)

Modül

(Gpa)

Çekme mukavemeti

(Gpa)

Isıl genleşme

katsayısı

Paslanmaz çelik

(50-250 µm çap)8 198 1-1,4 18

Tugsten

(<25 µm çap)19,3 360 5,5 4,5

Berilyum 1,85 300 1,8 11,6

11. YÜKSEK PERFORMANSLI BAZI TİCARİ MARKA ELYAFLAR ve

ÖZELLİKLERİ

11.1. Kevlar

Lifin yapısının gevrek olması nedeniyle, mukavemet değerlerinde çok değişkenlik

gözlenmesi beklenmektedir. Aramid lifleri yüksek mukavemet ve kimyasal, termal

stabiliteleri ile tanınırlar.

Kevlar tip olarak dört ana grupta incelenmektedir. Kevlar, Kevlar29, Kevlar49 ve

Kevlar 149. Kevlar, otomotiv lastiği takviyelendirmede, Kevlar29, halat, kablo, kaplanmış

iplikler ve balistik koruma amaçlı, Kevlar49, çoğunlukla kompozit malzemelerin

takviyelendirilmesinde kullanılmaktadır.

Kevlar lifleri, kimyasal olarak para-fenilen diamin ve teraftalit kloridin

polikondenzasyonu sonucu oluşur.

Bu maddeler bir çözücüde çözülür ve sonra kuvvetli bir asit eklenir (genellikle sülfirik

asit). Sentetik iplik eğirme düzelerinden (spinneret) fışkırtılan çözelti, seyreltik bir sütfirik asit

banyosundan geçirilir. Daha sonra çekim işlemiyle moleküllerin lif boyunca düzenlenmesi

temin edilir ve böylelikle mekanik özellikleri iyileştirilmiş olur.

68

Son üründe, aromatik halkalı yapı molekül zincirlerine, alifatik yapıdaki

hidrokarbonlardan daha rijit bir yapı kazandırır. Lif boyunca kuvvetli kovalent bağlar, kesit

boyunca ise zayıf hidrojen ve van der walls bağları etkili olmaktadır. Bu da Kevlar49’a

anizotropik bir yapı kazandırmış olur.

Yüksek mukavemet ve yüksek modüllü bu lifin eğrilebilir bir çözelti elde edilmesinde

en önemli nokta ‘Likit Kristal’ düzenidir. Likit kristal esnek olmayan çubuk gibi rijit mo!ekül

zincirlerinin gruplar halinde bulunması sonucu oluşan bir yapıdır. Likit kristal halindeki

paralel polimer zincirleri eğirme işleminde düzelerden (spinneret) fışkırırken daha da düzenli

bir hale geçerler. Bu durum, aromatik liflerin üretiminde yararlanılan likit kristallerin bir

özelliğidir.

Likit kristal çözeltisinden para-oriented aromatik poliamidlerin konsantrasyon,

sıcaklık, çözelti ve molekül ağırlığı gibi bazı şartlar altında tetrametilürea LiCl çözeltisinde

poli-p-benzamid sisteminin faz diyagramını gösterir. Sadece bazı şartlar altında arzu ettiğimiz

anizotropik yapıyı elde edebiliriz. Likit kristal çözeltisinde, polimer çözeltisi ve vizkozite

arasında kural dışı bir durum mevcuttur. Başlangıçta herhangi bir polimer gibi konsantrasyon

artışıyla viskozite artmaktadır. Fakan anizotropik kristal şeklinin gözükmeye başladığı kritik

bir noktada viskozitenin pik şeklinde sivri bir grafik çizdiği görülür.

Likit kristal bölgeleri çözelti viskozitesine iştirak etmeyen ve disperse olmuş

parçaçıklar gibi davranır. Öte yandan likit kristal için, molekül ağılığının belli bir değerin

üzerinde ve çözelti konsantrasyonunun kritik değeri aşmış olması gerekir.

Likit kristalin eğrilmeye başalmasıyla zaten çok düzenli uzun polimer zincirleri içeren

çözelti, tamamen oryante olmuş uzun zincirli form halinde lif şekline dönüşür. Konvansiyonel

eğirme tekniklerinden daha zor şartlarda çalışmak zorunluluğu vardır.

Polimer konsantrasyonu %20 olan Kevlar nematik likit kristal olarak %100 sülfirik

asit içinden geçirilir. Eğirme teknikler kuru, yaş ve kuru-jet yaş eğirme olmak üzere üç çeşit

olup Kevlar lifleri üçüncü teknikle üretilmektedir. Yaklaşık 0 °C’de diasit ile diamin’in

polikondenzasyonu poliamidlere aramid formu vermektedir. Düşük sıcaklık işlemi

yavaşlatarak lineer fomun verilmesini teşvik eder. Son olarak polimer pulverize edilir, yıkanır

ve kurutulur. Kuru-jet yaş eğirme tekniği uzun molekül zincirine ek olarak düzenli olmalarını

da sağlar.

Kevlar’ın Genel Özellikleri

• Yüksek mukavemet,

69

• Yüksek ilk esnek modül,

• Düşük kopma uzaması,

• Yanma direnci, kendi kendine sönebilme, erimeme,

• Düşük duman neşretme,

• Düşük termal çekme,

• Düşük sıcaklıklarda özelliklerini muhafaza edebilme,

• Mükemmel boyutsal stabilite,

• İyi termal direnç,

• İyi kimyasal direnç,

• Çok düşük elektrik iletkenliği ve düşük dielektrik sabiti,

• Tekstil proseslerine uygunluk,

• Elektron radyasyonuna iyi direnç,

• Yorulmaya karşı mükemmel direnç,

• Bükümlü iplik halinde iyi paketleme özelliği.

11.2. Nomex

Nomex lifi Du Pont firması tarafından geliştirilmiş nylon tipi bir liftir. Pratikte

tutuşması güç bir lif olarak tanınmaktadır. Alevle karşılaşan nomex mamülleri kolay

tutuşmaz, yumuşama noktasına doğru önce sertleşir sonra bozunur.

Nomex lifleri, m-fenilen diamin ile isoftalik asidin kondanzasyonu suretiyle elde

edilir.

Bu formülden anlaşıldığı gibi, genellikle aromatik diaminler ile teraftalik asitlerin

kondanze edilmeleri sonunda bu poliamidlerin oluşmuş olurlar. Bu şekilde elde edilen

polimerlerin sıcaklığa dayaklılığı çok yüksektir. Zira bu moleküllerin arasındaki köprü ve

zincir bağları, doğal polimer moleküllerinden daha iyi olur ve bunlara termel stabilitesi

yüksek bir özellik kazandırır.

Bu gibi, poliamidlerden fenilen üniteleri para yerlerini alınca, bu polimerde erime

noktası 555 °C’ye kadar yükselmiş ve bozunma noktası yükselmiş olur. Meta pozisyonunda

birleşmiş bütün fenilen ünitelerinde ise, erime ve bozunma noktaları 410 °C’de bulunur. Bu

açıklamalardan anlaşıldığı gibi, sentetik poliamid liflerine güç tutuşma özelliği, bunların

strüktürüne katılan aromatik gruplar tarafından sağlanmaktadır.

70

Aromatik poliamidlere para ve meta ünitelerinin yerleştirilmesi arzu edilen oranlarda

yapılabilmektedir ve bu suretle poliamidlerin özellikleri de bunlara bağlı olarak istenilen

uygun şekilde seçilebilmektedir.

Bu esaslara uygun olarak üretilen ve termik dayanıklılığı iyi olan nomex liflerinin

erime noktası 371 °C’dir. Bunlar 400 °C’de parçalanırlar. 180 °C’ye kadar bu lifler tamamen

dayanıklıdır. Hatta 260 °C’de bir saat süre ile ısıtıldıkları zaman bile mukavetmetlerinden

ancak %30-35 oranında kaybederler.

Nomex lifleri zor tutuşur. Ancak açık alevde yanma gösterirler. Fakat alev uzaklaşınca

yanma söner. Nomex liflerinin tek tarafları yüksek temperatür karşısında büzülme

göstermeleridir. Fakat Du Pont firması bu özelliği de düzeltmiş bulunmaktadır. Bugün nomex

lifleri, bu koşullarda yaklaşık olarak %2 kadar büzülme göstermektedir.

Nomex liflerinin mukavemetleri; kuru halde 5.3 gr/denye, yaş halde 4.1 gr/denye

kadardır. Kopma uzamaları normalde %22, ıslak halde %16 kadardır. Özgül ağırlığı 1 .38’dir.

Kimyasal maddelere karşı dayanıklılığı da iyidir.

Nomex lifleri sulu asit ve alkalilerden zarar görmez. Fakat bunların yoğun eriyikleri,

özellikle sıcak halde iken, nomex liflerine verirler. Bu lifler fenol, formik asit ve metanol gibi

organik solventlere karşı oldukça dayanıklıdır.

Nomex lifleri yanmaya karşı dayanıklı olması ile önem kazanmıştır. Nomex liflerinden

uzay giysileri yapılabilir. Aynı şekilde itfaiye giysisi, pamuk ve benzeri liflerle karıştırılmak

suretiyle yapılmaktadır. Ayrıca ateşe dayanıklı ve koruyucu eldiven, ayakkabı... gibi eşyaların

yapımına da elverişlidir. Yalnız bu liflerin boyanması kolay değildir.

Çeşitli etkenlere karşı nylon ve diğer doğal liflerden daha dayanıklı ve ömrü uzundur.

Gaz filtre imalinde de kullanılır. Nomex lifleri devamlı filament veya stapel şeklinde üretilir

ve kullanılır. Boyutsal stabiliteleri de yüksektir. Bütün bu özellikler nomex liflerin başka

alanlarda da kullanılma olanakları sağlayacak niteliktedir.

11.3. Apyeil

Apyeil ısıya dayanıklı ve alev geçirmez özellikleri ile yüksek performanslı meta tipi

aromatik poliamid lifidir.

Unitika ve Mitsubishi Kağıt firmaları 15 sene kadar önce ‘Yalıtkan Kağıt A’ diye

bilinen ısıya dayanıklı kağıt A’yı üretmek ve geliştirmek için teknik olarak birleştiler.

Yalıtkan Kağıt A meta tipi aromatik poliamid liflerden yapılır ve partiküllerin hamuru ‘fibrid’

71

olarak bilinir Lif elektrikli cihazların güç tüketiminin azaltılmasını sağlayan çok faydalı bir

liftir.

Meta tipi aromatik poliamid lifi Apyeil’ ısıya dayanıklı kağıdın üretiminden az sonra

üretildi. Apyeil özel eğirme metodları ile fılament halinde üretildi. En önemli özellikleri ısıya

ve aside dayanıklılığının yüksek olması ve lif işleme özelliklerine göre çeşitli şekillerde

piyasaya arz edilmektedir. Örneğin ‘Apyeil’ süper ince stapel liftir ve anti-statik özelliklere

barındırır. Apyeıl Japonya ve diğer ülkelerde çok tutulmuştur.

Apyeil 1000 saat müddetle 250 °C’deki havaya maruz bırakılsa dahi orijinal

mukavemetinin %80’ini korur.

250 °C’deki mukavemeti oda sıcaklığındaki mukavemetinin %65’idir.

Yüksek temperatürdeki (300 °C’de 30 dakika bekletilirse) boyutsal değişimi %l’den

daha azdır.

Alev geciktirici madde uygulanması olmaksızın alevi geciktirme ve iyi aleve

dayanıklılık. Materyalin tutuşmaya dayanıklı olması için istenen limit oksijen indeksi (LO.l.)

30-32 arasındadır.

Organik ve inorganik kimyevilere oldukça dayanıklıdır. %40’lık sülfürik asit içinde 95

°C’de 24 saat tutulduktan sonra mukavetinin %55’ini muhafaza etmek suretiyle asite karşı

dayanıklılık gösterir.

Fiziksel özellikleri nylon ve poliester benzer. Apyeil’in işlenmesi kolaydır, hem kendi

başına hemde pamuk, yün, reyon gibi diğer elyaflarla birlikte eğrilebilir ve ısıya dayanıklı

diğer elyaflara birlikte eğrilebilir ve ısıya dayanıklı diğer liflerde görülen renklenme burada

yoktur.

Apyeil ya normal ya da yığın halinde elde edilebilir. Lif kalınlığı süper ince için 0.5

denyeden 5 denyeye kadar değişir.

lsıya dayanıklı, elektrik iletken yeni bir lif olan ‘Apyeil x’ Apyeil içine ince karbon

partiküllerinin ilavesiyle geliştirilmiş ve üretilmiştir. Bu liften küçük miktarlarda karıştırılmak

suretiyle herhangi bir mamule elektrik iletkenlik kazandırılabilir ki bu birçok uygulamada

önem kazanmaktadır. Yüksek temperatürlü işlemlere de dayanıklı olması nedeniyle ‘Apyeil x’

pamuk poliester harmanı kumaşlar içinde de kullanılabilir.

Apyeil endüstriyel materyaller içinde daha çok ısıya dayanıklılık özelliği nedeniyle,

koruyucu giysiler içinde ise daha çok alev almazlığı ve aleve dayanıklılık özellikleri

nedeniyle kullanılır.

Apyeil endüstriyel materyal olarak torba filtreleri için en çok aranan bir maddedir ve

kazanlar ile asfalt, çimento ve kömür işletmelerindeki tozu tutmak için bu filtre torbaları çok

72

kullanılmaktadır. Torba filtreler keçeleşmiş liften veya dokunmuş liften yapılabilir ve aside

dayanıklılığı önemlidir.

Apyeil çamaşırhaneler için ısıya dayanıklı pat olarak aşındırılamaz bir maddedir. Bu

nedenle merdaneli ütülerde keçe olarak gittikçe daha çok kullanılmaktadır. Böylece yüksek

rutubet ve yüksek basınç şartlarında keçenin kullanım ömrünü de arttırmaktadır.

Apyeil ısıya dayanıklı malzemelerin bulunmadığı günlerde hiç akla bile gelmeyecek

performansı ile kartuş filtrelerinde, hoparlörlerde, paketlemede ve robotlar için koruyucu

kılıfların imalinde kullanılmıştır. Uçak kabinler için kumaş üretiminde kullanım talebinin de

daha artacağı beklenmektedir.

Apyeil itfaiyeciler ve hava ekipleri için koruyucu giysilerde de kullanılmaktadır ve bu

alandaki talebin artması beklenmektedir. Sivil alanda fırın işçilerinin giysilerinde, petrokimya,

elektrik, gaz ve ilgili endüstri alanlarında çalışan işçiler için giysi ve iş tulumu imalinde

kullanılır. Güvenlik bilincinin gittikçe artması nedeniyle Apyeil’olan gereksinimin zamanla

artması beklenmektedir.

11.4. HM5O

Teijin şirketinin paratipi aromatik poliamid tipi Hm 50 ısı ve buhar dayanımı açısından

çok fazla üstünlük göstermektedir. Hm 50’nin kimyasal bileşimi poli-p-fenilen 3.4

difeniletertereftalinid’dir.

11.4.1. HM 50’nin Özellikleri

25 giden ile son derece yüksek kopma mukavemetine, sıkıştırma direncine ve kesme

direncine sahiptir. Bu mukavemetler ile çelikten 7 kez, cam, .poliester ve nylondan 2,5 kez

daha kuvvetlidir.

Yüksek boyut stabilitesine sahiptir:

200 °C kuru ısıda uzun sure kullanılabilmektedir. Isıtma ıle erimez karbonize olur.

Kısa bir süre için 500 °C’e kadar dayanıklıdır. 140-150 °C yaş ısıda uzun zaman dayanması

da Hm 50’nin önemli bir özelliğidir.

Buhara, suya, kimyasallara yüksek dayanım ile yüksek eskime dayanımı diğer

özellikleridir.

73

11.4.2. Kullanım Alanları

• Şerit, kayış, hortum yapımında kauçuk takviye maddesi olarak,

• Halat, kablo, dokuma şerit,. yelken bezi, çadır bezi, filtre gibi genel endüstriyel

materyallerinde,

• Ateşten koruyucu, erimeden koruyucu, kesilmeye dayanıklı giysilerin üretiminde,

• Friksiyon materyali, conta ve paketleme sanayinde,

• İnşaatlarda çimento takviye maddesi olarak,

• Plastiklerin takviyesinde.

11.5. Conex

Conex meta tipi aromatik poliamid lifidir. lsı dayanımı ve alev dayanımı çok

yüksektir. 400 °C civarında erimeden karbonize olur. Gaz açığa çıkarmaları çok düşüktür.

900-1500 °C’deki aleve karşı kesin bir söndürme etkisi gösterir. Genel fiziksel özellikleri

nylon ve poliestere benzemektedir. Limit oksijen indeksi 30-32’dir.

11.5.1. Kullanım Alanları

• Askeri üniformalar, itfaiye üniformaları ve yarışçı giysileri gibi aleve dayanıklı giysi imali,

• Isı izolasyon maddesi,

• Filtre, kayış, ambalaj,

• Elektrik ve elektronik alanında ısı ve izole materyali,

• Otomobil alanında çeşitli konstrüksiyonların yapımı,

• Uçak sanayinde karenajlar,

• Çadır, dekorasyon, dolgu maddeleri.

11.6. PBI

PBI olarak polibenzimidazol, Hoechst Ag.’nin US kardeş firması olarak Hoechst

Celanese tarafından üretilmiş yüksek performanslı bir organik elyaftır. Hoechst Celanese,

74

PBI’nın dünyadaki tek ticari üreticisidir. PBI, S.C. Rock Hill’de bulunan bir fabrikadan tüm

dünyadaki müşterilerine gemi ile sevk edilmektedir.

Başlangıçta NASA’da kullanılacak fren paraşütleri, zincir halatları ve güç tutuşur

koruyucu uzay giysileri için geliştirilen PBI, Amerika, Avrupa ve Uzak Doğudaki endüstriyel

ve askeri pazarlar için geniş çapta ticari kullanımları içine alacak şekilde kullanım alanını

genişletmiştir. Endüstriyel elyaf karışımı ve kumaşların gelişimine doğru, PBI’nın

günümüzdeki kullanımları koruyucu giysileri de içine alır: koltuk tutuşma önleyici tabakalar

ve dikey duvar kumaşları gibi uçak iç kumaşları; asbestos- alternatif kullanımları ve yüksek

ısıya dayanıklı endüstriyel kumaşlar. PBI’nın polimer reçinesi ve celasole kalıp parçaları gibi

diğer parçaları Hoechst Celanese’den elde edilebilirler,

11.6.1 Özellikleri

PBI elyafı, emsalsiz bir termal ve kimyasal dayanım kombinasyonuna ve doğru tekstil

özelliklerine sahiptir. Bu üstün özellikler, yüksek sıcaklıktan korunmalı tekstil mamulleri için

yani ve heyecan verici mühendislik tercihleri sunmaktadır.

PBI:

Havada Yanmaz.

Isı ve aleve maruz bırakılınca erimez, damlamaz, çekmez veya gevrekleşmez.

Yüksek sıcakliğa tabi tutulunca çok az veya hiç duman ve zehirli gaz çıkarmaz.

Çevredeki kondisyonlara bağlı olarak 300oC veya daha yüksek sıcaklıklarda kuvvet ve

bütünlük sağlar.

Asitlere, bazlara, çözücülere, yakıtlara ve buhara mükemmel dayanılıktadır.

Yüksek nem kazancına bağlı olarak mükemmel giyim rahatı sağlar.

Konvensiyonel tekstil tesisatında kolaylıkla işlenir.

Termogravimetrik analiz, 20 derece/dakikalık bir programlanmış sıcaklık artışı

sırasında, 450o C’in üzerindeki sıcaklıklarda PBI,’nın orijinal ağırlığının %80ninden fazlasını

koruduğunu göstermiştir. 350 o C’ de 6 saatlik maruz bırakmadan sonra PBI’nın ağırlığının

%90’ı muhafaza edilmiştir. PBI, 600 o C’deki maruz kalmalara yaklaşık 5 saniye

dayanabilmiştir.

300 o C’de 60dk. Maruz bırakmadan sonra, PBI elyafı orijinal mukavemetinin

%100’nü muhafaza eder. PBI ayrıca 815 o C’de kısa dönem maruz bırakmalarda iyi dayanır.

230 o C’de 8 haftalık uzun dönem maruz bırakmadan sonra mukavemetinin %66’sını

korumuştur. Aleve tutunca PBI çok az duman çıkarır.

75

PBI, NASA uzay programındaki orijininden hava taşıtları, askeri ve endüstriyel tekstil

ürünlerinde geniş bir uygulama spektrumu içine alacak şekilde kullanırlığını ilan etmiştir. Bu

alanlarda, PBI’nın termik performans, kimyasal dayanım, rahatlık ve işlenebilirliği eşsiz

olarak birleştirilmesi ürün tasarımında yeni olanaklar sunmaktadır. [5]

11.7. Kermal

Kermal lifi, 1971’ de Rhone Pounenc tarafından üretilmiştir. Kermal lifinin tüm tipleri

iyi bir güç tutuşurluk özelliğine sahiptir ve yanıp erimezler. Fakat 380 o C’nin üzerinde hafif

çekmelerle yanarak kömürleşir ve bozulurlar. Katyonik boyarmaddelerin kullanılmasıyla

uygun koşullar altında boyanabilirler. Kermal’den yapılan güç tutuşur kıyafetler, Fransız

ordusundaki tank mürettabatları tarafından kullanılır. [6]

12. GELECEĞİN TEKSTİL ÜRÜNLERİ

Son 60 yıl boyunca tekstil dünyası, polimer ve elyaf biliminde yeni ufuklar açan

keşifler tarafından ateşlenen sentetik elyafta hızlı bir büyüme yaşamıştır. Yakın tarihlerde

bakım kolaylığı ve doğal-benzeri estetiğe sahip elyaflar ile birlikte yüksek performanslı ve

fantazi elyaflar özel bir öneme sahip olmuştur.

Bir zamanlar endüstrinin hızlı büyümesini sağlayan birçok sentetik elyaf ürünleri,

artık düşük büyüme ve düşük kar marjı ile karakterize edilen olgunlaşmış ticari ürünler haline

gelmiştir. Yoğun global maliyet baskısı, yüksek tüketici beklentileri, yüksek derecede

çeşitlilik gösteren müşteri tabanı ve azaltılmış Ar&Ge harcamaları, tekstil dünyasındaki ağır

büyümenin nedenlerini oluşturmaktadır. Gelecek için çözüm; ürün ve üretimde yapılacak

teknolojik yenilikler ile endüstrinin tekrar canlandırılması ve iş uygulamalarının global

içerikte tekrar değerlendirilmesidir.

Geleceğin tekstil ürünlerinin başarısı, uzun kullanım süresi ve maddelerin her

birinden, elden çıkarmaya kadarki aşamalarda kullanım şekline bağlıdır. Yaygın olarak doğal

elyafların ekolojik olduğu düşünülmektedir. Doğal elyafların biyolojik olarak bozunabildiği

doğrudur ancak böcek ilaçlarının, mantar ilaçlarının ve gübrenin olumsuz etkisi göz ardı

edilmektedir.

Biyoloji ve genetik alanlarında kaydedilen gelişmeler hastalığa dayanıklı ve doğal

olarak renklendirilmiş pamuk varyasyonları elde edilmesini sağlamaktadır. Bundan dolayı

doğal elyaftaki gelişmeler bu önemli piyasa kolunda yeni olanaklar sunmaya devam edecektir.

76

12.1. Biyolojik Olarak Bozunan Elyaflar

Bazı sentetik elyafların çevre tarafından tamamıyla asimile edilen bileşenlere

dönüşmesi uzun zaman almaktadır. Bu işlemi hızlandırmak için, biyolojik olarak bozunan

elyafların geliştirilmesi konusunda araştırmalara başlanmıştır. Bazı sentetik elyafların kabul

edilebilir bir maliyetle hammadde haline dönüştürülebilmesi veya biyolojik olarak bozunan

duruma getirilmesi halinde pazarda varlıklarını sürdürebileceği görülmektedir.

Polyester söz konusu olduğunda atık, "metnoliz" adı verilen bir prosesle

bileşenlerine ve yeni ürünler haline geri dönüştürülebilmektedir.

Naylon için tekrar işleme teknolojileri de oldukça gelişkin düzeydedir ve atık halılar

tekrar işleme sokulabilmektedir. Akrilik elyafların parçalarına ayrılması ve tekrar işleme

sokulması şu an için mümkün değildir ve sonuç olarak akrilik elyafların pazar payını

kaybetmesi beklenmektedir.

Birçok mevcut üretim işleminde, polimerizasyon için çevreye zarar veren metal

kataliz kullanılmaktadır. Polyester söz konusu olduğunda antimon ve kobalt katalizlerinin

yerini daha yüksek polimer sonuçları veren yeni jenerasyon zeolit bazlı bileşikler almaktadır.

Yeni yüksek verimliliğe sahip kataliz teknolojisi ile ilk geçiş verimi %95'ten daha yüksek

olabilmektedir ve atık oldukça azaltılmıştır.

Boyahaneler, atık su boşaltma problemi ile uğraşmak zorunda kalmıştır. Kumaş

terbiyesi ve kuru temizleme için biyolojik olarak uygun boyaların kullanıldığı yeni

teknolojiler geliştirilecektir. İstenen renk düzeyini elde etmek için ince numaralı filament

iplikler oldukça fazla boya gerektirdiği için, hem üretim hem de evdeki yıkama işlemlerindeki

suyun içindeki fazla boya ile ilgili sorunlar ön plana çıkarılmıştır. DuPont bu problemi reaktif

boyarmadde teknolojisinin kullanımı sayesinde çözmeye çalışmaktadır.

Bu alanda ortaya çıkan ürünler arasında klasik boya teknolojilere göre çok daha az

sayıda kimyasal madde gerektiren ve dikkat çeken bir yıkama haslığına sahip DuPont'un

Tactel Colorsafe ürünü vardır. Ürün, renginin uzun ömürlü olması ve çevre açısından zararsız

işlem sağlaması nedeniyle, hem tüketiciye hem de elyaf üreticisine çok sayıda avantaj

sağlamaktadır. Reaktif boyarmadde teknolojisinin 21. yüzyılda endüstri standardı olması

beklenmektedir.

77

12.2. Üretim Teknolojileri

Ticari elyaf teknolojisi genel olarak olgunlaşmıştır ve yatırımcılara açıktır. Sonuç

olarak proses teknolojisindeki rekabet avantajları hızla azalmaktadır ve gelecek diğer güçler

tarafından oluşturulacaktır. Bu güçler, istisnai kalite ve proses verimliliğinin yüksek kapasiteli

üreticiler için büyük bir öneme sahip olduğu rekabetçi bir dünya pazarını kapsamaktadır.

Ticari elyaf üretimi muhtemelen artan sayıda üretici tarafından gerçekleştirilirken,

fantazi elyaf ürünleri gelişimlerini desteklemek için teknik uzmanlığa sahip az sayıdaki büyük

firmalar tarafından üretilecektir. Dikey iş ittifakları, pazara kolay girişi ve rekabet gücünü

korumak için riskin azaltılmasını sağlayacaktır. Ara ve son ürünlerin sabit global

fiyatlandırılması gerçekleşecek ve değer zinciri perakende düzeyine doğru hareket eden

kontrol ile çarpışacaktır.

Son 10 yıl içinde tekstil endüstrisinde maliyetler büyük oranda düşürülmüş ve

verimlilikte gelişmeler kaydedilmiştir. Proseslerde elde edilen yenilikler; otomatikleştirilmiş

prosesler, eğirme hızının arttırılması, üretim kapasitelerinin yükseltilmesi ve proseslerin

basitleştirilmesini içerir. Çeşitli elyaf üreticileri arasında üretim maliyeti ile ilgili farklılıklar

yatırım maliyeti ve hammadde stoğu entegrasyonunun düzeyi ile oluşmaktadır. Yeni tesis

yatırımını; büyüklük, hammadde dönüşüm verimliliği ve eğirme hızı, çekim/tekstüre adımları

gibi işlem parametreleri belirlemektedir.

Polimer reaktörü ebatları 1970'lerdeki yaklaşık 50 ton/gün'den 300 ton/gün civarındaki

bugünkü düzeye düzenli olarak yükselmiştir. Aynı dönem içinde filament eğirme hızı da 3000

mt/dk.dan tamamen oryante olmuş iplikler için yaklaşık 7000 mt/dk.ya ve kısmen oryante

olmuş iplikler için yaklaşık 3000 mt/dk.ya yükselmiştir. Tekstüre hızı ise 700 mt/dk.dan 1000

mt/dk.ya çıkmıştır.

Kesik elyafta verimlilikte gerçekleştirilen gelişmeler, eğirme hızından ziyade daha

büyük makineler ile elde edilmiştir. Belirgin olarak hat kapasitesi 10 yıl önce 70 ton/gün' den

yaklaşık 150 ton/güne yükselmiştir. Bu gelişmenin anahtarı prosesin termal kontrolünün

hassas şekilde yapılması, polimer kalitesinin iyileştirilmesi ve yüksek verimliliğe sahip

makinelerdir.

Gelecekteki üretim teknolojileri daha düşük maliyetler ve otomasyon sayesinde,

özellikle robot teknolojisinin kullanılması ile daha yüksek verimlilik sağlayacaktır. Üretim

prosesleri yüksek derecede dengeli olacak ve %100 verimliliğe yaklaşacaktır. Üretim

maliyetlerinin büyük oranda düşürülmesi ve kapasitenin yükseltilmesi amacıyla, polimer

sentezi için yeni reaktör tasarımları geliştirilecektir. Elyaf yapısının tam anlamıyla kontrolü,

kısmen oryante olmuş filament ipliklerin yüksek hızda (5000-8000 mt/dak) üretilmesini veya

78

tamamen çekilmiş ipliklerin başka bir çekim adımı olmadan 10.000 mt/dak üretilmesini

sağlayacaktır. Gelecekteki elyaf üretim teknolojisi, aynı zamanda pazarın taleplerine uyum

sağlamalıdır. Bu sayede küçük parti üretimi ile özel ürün varyasyonları sistemi, tüketiciye

yüksek katma değerli ürünlerin ulaşmasını sağlayacaktır. Gelecekteki rekabet bu tip ürünler

için verimliliği yüksek, küçük ölçekli üretim teknolojilerinin geliştirilmesinde yaşanacaktır.

12.3. Çok Fonksiyonlu Tekstil Ürünleri

Uygun maliyet ile kullanım dayanıklılığını, çekici tuşe ve iyileştirilmiş işletme

değerini birleştirebilen kumaşlara olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Naylon, polyester ve

polipropilen gibi sentetik elyaflar doğal elyaflara alternatif olarak geliştirilmişti ve bunlar

ikinci jenerasyon ürünleri temsil etmektedir. Hassas olarak tanımlanan polimerlerden elde

edilecek üçüncü jenerasyon tekstil ürünlerinin, daha geniş bir kullanım yelpazesinde daha

çeşitli ve daha iyi fonksiyonellik sağlayacağı düşünülmektedir.

Örneğin DuPont'ta nemi etkin şekilde deriden uzaklaştıran Coolmax™ kumaşlarının

dizaynında, elyaflarda nemin ilerlemesi incelenmiştir. Terleme kılcal hareket yoluyla elyaf

kanalları boyunca göç eder, burada yüzeye ulaşır ve hızla buharlaşır.

Thermastat™ elyafları kutup ayısı kürkünde bulunana benzer oyuk çekirdek

şeklinde tasarlanmıştır, geniş bir sıcaklık aralığı ve hareket düzeyinde konfor sağlamaktadır.

Kumaş deriden nemi çekmekte ve ılık havayı yakalamaktadır. Böylece rahatlığı sağlamak için

gerekli olan kumaş katı sayısını azaltmaktadır. Sıcaklık, oyuk elyaf çekirdeği içersinde

alıkonulmakta ve radyant ısı kaybı minimuma indirilmektedir. İpek, doğal elyafların içersinde

en ince olanıdır. Son 10 yıl içinde elyaf çapını önemli derecede azaltan yeni sentetik elyaflar

piyasaya sunulmuştur. Bunlar yumuşak, esnek ve rahat, düşük ağırlıkta, dayanıklı, hızlı

kuruyan ve canlı renklere sahip olan kumaşlardır. Polyester mikrofiber ürünler önceleri

sadece doğal elyaflar ile elde edilen bir estetik sunmaktadır. Mikrofiber filamentleri elyafın

sertliğini beş kat azaltabilir; böylece rayon, pamuk veya ipek karışımları ile fazlasıyla

yumuşak kumaş elde edilebilir. Bu kumaşların dökümlülüğü, sadece doğal elyaf kullanıldığı

durumlardan genellikle daha fazladır.

Gelecekteki tekstil ürünleri için elyaflardan başka yapılar da kullanılacaktır. Kuş

tüyü yalıtım özellikleri nedeniyle müşteriler tarafından tutulmaktadır ve yeni geliştirilen

konstrüksiyonlar üstün yumuşaklık ve dökümlülük özelliklerinin yanında, istisnai termal

performansa sahip ürünler üretilebilmesini sağlayacaktır.

79

12.4. Aktif Performanslı Elyaflar

Önümüzdeki bin yılın kumaşları, özelliklerini ortaya koyabilmek için insan

vücudundan beklentisi olmayan aktif kumaşlar olacaktır. Örneğin, ısı kaybını geciktiren

malzemeler bugünlerde kayak giysilerinde denenmektedir. Bu tip teknolojilerin kullanıcı

rahatlığı sağlamanın yanı sıra, performansı da iyileştiren özelliklere sahip olacak şekilde

geliştirilmesi mümkün görülmektedir.

Enformasyon bilimi, malzeme ve bioteknoloji arasında ara birimler ortaya çıkarken,

sıcaklık farklarını hisseden ve önceden belirlenen şekilde bu farka tepki göstererek adapte

olabilen giysiler öngörülmektedir. Geleceğin gömlekleri ve bluzları, soğuk olduğunda yalıtıcı

olarak görev görürken, daha sıcak havada ısı yayma özelliğine sahip olabilecektir. Bu tip

giysiler, sıcaklıkta oynamalar olduğunda kullanıcının fark etmeyeceği şekilde sabit termal

rahatlık sağlayacaktır

12.5. Sonuç

20. yüzyılda elyaf ve tekstil ürünlerinin gelişimi esas olarak fonksiyonelliği ve

özellikleri önemli ölçüde genişleten uygun ilaveler ve değişikler ile birlikte, kondenzasyon ve

ilave tip polimer platformunu baz almaktadır. Elyaf biliminde ve mühendisliğindeki

ilerlemeler, bu polimerlerin performansını genişleten modern elyaf yapısı ailelerinin

oluşmasına neden olmuştur. Gelecekteki polimer molekülleri, hassas sentez, kontrollü serbest

moleküler yerleşim işlemleri ve ileri üretim teknolojilerindeki gelişmelerden kaynaklanan

daha yüksek dizayn düzeyi, fonksiyonellik ve üretim etkinliğine sahip olacaktır.

İpeğe benzer sentetik analogların yaratılması için yapılan ilk denemeler, moleküler

yapının hassas şekilde tanımlanması ile ateşlenen malzeme devrimi için var olan tipleri

göstermektedir. Tekrar birleştirilmiş DNA metodunu kullanarak ve örümceğin ipeği nasıl

yaptığını öğrenerek, gelecekteki malzeme jenerasyonu için model olarak sentetik ipek

varyasyonları yapıldı.

Bu yaklaşımda, alışılmadık şekilde dayanıklı ve elastik doğal elyafın yapısı ve

kompozisyonu ile ilgili mevcut bilgilerin tamamını birleştirmek için, ileri bilgisayar

simülasyon teknikleri kullanılmıştır. Bu yüzyılda tekstildeki büyümenin en zengin alanı doğal

elyafları yenileme sayesinde oluştuğu için, gelecek bin yılda elyafların kısmen biopolimer

platforma geri dönüşü temsil etmesi aslında anlamlı görülmektedir. [7]

80

13. SONUÇ

Farklı tipteki çeşitli yüksek performanslı lifler ele alındığında, 1970’li yıllardan beri

bu alanda ilgi çekici bir büyüme olduğu görülmektedir. Farklı performans ve fonksiyonlara

sahip çeşitli lifler geliştirilmektedir. Gelecek yıllarda, metallerin yeni geliştirilen sentetik lifler

ile yer değiştirmesi beklenmektedir. Bu lifler şimdiden uçak ve uzay mekiklerinin gövde ve

kanatlarında kompozitlerde takviye malzemesi olarak kullanılmaktadır, Son derece geniş bir

kapsamı olan lif biliminde, yenilik vaat eden ürünlerin tekstil endüstrisi için yeni pazarlar ve

yeni ufuklar açacağı ön görülmelidir.

Denildiği gibi artık tekstilde üretim bu yönlere kaymaktadır. Ülkemiz açısından da

tekstilin bu bölümüne yatırım yapılması ve ar-ge çalışmalarına önem verilmesi işletmenin

geleceği açısından çok önemlidir. Bu şekilde üretime geçmek hem işletmeler açısından hem

ülkemiz açısından kazançlı olacaktır.

Bu çalışmada yüksek performanslı liflerin üretimi, özellikleri ve kullanım alanları

hakkında bilgi verilmiş ayrıca endüstriyel teknik tekstiller de kısaca anlatılarak yüksek

performanslı liflerin önemli kullanım alanlarından birinden bahsedilmiştir.

Son olarak, yüksek performanslı liflerin tekstildeki yeri farklıyı bulmayı arzulayan

insanoğlu için önemli bir noktaya ulaşmış ve daha ilerisi içinde gelişimini sürdürmeye devam

edeceğini göstermiştir.

81

KAYNAKLAR

[1] KARAKAŞ, H. C.,“Yüksek Performans ve Endüstriyel Uygulamalarda Kullanılan

Lifler”, Tekstil Teknolojisi Dergisi, Sayfa: 69, Şubat 2001.

[2] ULCAY, Y. , “Yüksek Performanslı Liflerin Üretimi ve Özellikleri”, Uludağ Üniversitesi

Tekstil Müh. Böl. Ders Notları, Bursa, 2001.

[3] JOHNSON, D. J., “Karbon Liflerinde Yapı- Özellik İlişkileri”,Tekstil ve Teknik Dergisi

Sayfa :50, Eylül 1990

[4] ŞENGÖNÜL, A., “Dyneema Elyafın Özellikleri ve Kullanım Alanları” , Teknik Tekstil

Dergisi, Sayfa 30, Nisan, 1995

[5] SLAPAK, M.J., “Isıdan Koruyan Giyecekler için PBI elyafı”, Tekstil Teknik Dergisi,

Sayfa 110,Ağustos, 1991

[6] ŞENGÖNÜL, A. , “Endüstriyel Lifler”, Teknik Tekstil Dergisi, Sayfa 163, Eylül, 1999

[7] www.tad.com.tr