Yüksek Gerilim Tekniği - Erciyes Üniversitesi - Yüksek Gerilim Kabloları
YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ
Transcript of YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ
![Page 1: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/1.jpg)
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.
![Page 2: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/2.jpg)
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]
![Page 3: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/3.jpg)
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.
![Page 4: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/4.jpg)
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.
![Page 5: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/5.jpg)
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]
![Page 6: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/6.jpg)
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.
![Page 7: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/7.jpg)
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)
![Page 8: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/8.jpg)
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]
![Page 9: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/11.jpg)
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.
![Page 12: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/16.jpg)
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
![Page 17: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/17.jpg)
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)
![Page 18: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/18.jpg)
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.
![Page 19: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/24.jpg)
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:
![Page 25: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/25.jpg)
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.
![Page 26: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/27.jpg)
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
![Page 28: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/28.jpg)
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
![Page 29: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/29.jpg)
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
![Page 30: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/30.jpg)
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.
![Page 31: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/31.jpg)
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.
![Page 32: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/32.jpg)
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)
![Page 33: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/33.jpg)
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:
![Page 34: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/34.jpg)
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
![Page 35: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/35.jpg)
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.
![Page 36: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/36.jpg)
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]
![Page 37: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/37.jpg)
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;
![Page 38: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/38.jpg)
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
![Page 39: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/39.jpg)
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
![Page 40: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/40.jpg)
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.
![Page 41: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/41.jpg)
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.
![Page 42: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/42.jpg)
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
![Page 43: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/43.jpg)
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.
![Page 44: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/44.jpg)
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.
![Page 45: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/46.jpg)
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.
![Page 47: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/47.jpg)
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
![Page 48: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/48.jpg)
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
![Page 49: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/49.jpg)
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
![Page 50: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/50.jpg)
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
![Page 51: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/51.jpg)
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 (%)
![Page 52: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/52.jpg)
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
![Page 53: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/53.jpg)
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
![Page 54: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/54.jpg)
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.
![Page 55: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/55.jpg)
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
![Page 56: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/56.jpg)
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.
![Page 57: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/57.jpg)
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.
![Page 58: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/58.jpg)
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
![Page 59: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/59.jpg)
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
![Page 60: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/60.jpg)
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
![Page 61: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/61.jpg)
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
![Page 62: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/62.jpg)
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
![Page 63: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/63.jpg)
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
![Page 64: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/64.jpg)
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
![Page 65: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/65.jpg)
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
![Page 66: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/66.jpg)
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
![Page 67: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/67.jpg)
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.
![Page 68: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/68.jpg)
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,
![Page 69: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/69.jpg)
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.
![Page 70: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/70.jpg)
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’
![Page 71: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/71.jpg)
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
![Page 72: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/72.jpg)
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.
![Page 73: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/73.jpg)
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,
![Page 74: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/74.jpg)
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.
![Page 75: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/75.jpg)
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.
![Page 76: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/76.jpg)
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.
![Page 77: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/77.jpg)
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
![Page 78: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/78.jpg)
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.
![Page 79: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/79.jpg)
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]
![Page 80: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/80.jpg)
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.
![Page 81: YÜKSEK PERFORMANSLI LİFLER VE TERBİYELERİ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081416/557202084979599169a2d648/html5/thumbnails/81.jpg)
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