Cam Lifleri

Cam​​ lifleri

Cam liflerinin hemen hemen tamamı silikat camlarından üretilir​​ (Alagirusamy and Das, 2010; Eichhorn et al., 2009).​​ Cam elyafı üretimi gerekli hammaddelerin (kum, kaolen,​​ kireç taşı,​​ kolemanit) birlikte karıştırılarak bir fırına beslenmesi ile başlar. Bu fırınlar, gaz veya elektrik enerjisi ile yaklaşık 1600°C’ye kadar ısıtılır. Bu sıcaklıkta fırın içinde eriyen hammaddeler camlaşarak cam eriyiğini meydana getirir. Bu aşamada, cam eriyiği, akıtılmak üzere kanallara yönlendirilir. Bu kanalların ucunda bulunan ve elektrik enerjisi ile ısıtılan kovanlar, cam liflerini​​ akıtmak​​ için​​ kullanılır. Her kovandan binlerce lif üretilebilir. Kovan deliklerinden serbest akış ile akan cam​​ eriyiği, mekanik olarak​​ yüksek hızda dönen bir mandrel üzerine sarılarak, sabit çaplı cam elyafı üretilir. Lifler ayrıca demetler halinde bir arada tutulabilmesi ve proses sırasında oluşabilecek aşınmalardan korunabilmesi için bağlayıcı adı verilen bir kimyasal madde ile kaplanır. Bu bağlayıcı, cam elyafının daha​​ sonraki proses işlemleri için gerekli olan temel özellikleri de sağlar. Bu şekilde üretilen ıslak cam lifleri, prosese sokulmadan önce 120-130°C sıcaklıkta​​ 10-15 saat süre ile hava fırınında kurutulur​​ (Şekil 1.23) (Kut, 2012).

Şekil 1.23.​​ Cam elyaf üretimi (Özdemir vd., 2006)

Dünya tekstil tipi cam elyaf üretimi birkaç şirket tarafından yapılmaktadır. Bunların en önemlileri​​ ABD’de​​ Owens​​ Corning​​ Fibreglass​​ (OCF),​​ Saint Gobain, Pittsburgh​​ Phate​​ Glass​​ (PPG), CertainTeed, Schuller ve Knauf’tur. Avrupa’da faaliyet gösterenler ise Fransa ve İtalya’da Vetrotex (Saint Gobain’nin​​ bağlı ortaklığıdır),​​ Owens​​ Corning​​ (Belçika, Norveç, İsveç, Fransa,​​ Hollanda​​ ve İspanya), PPG (Hollanda ve İngiltere)’dir. Türkiye’ de tekstil tipi cam elyaf üretimi yalnız​​ Cam Elyaf Sanayi A.Ş. tarafından gerçekleştirilmektedir​​ (Angın vd., 2003).

Cam liflerinin pek çok çeşidi bulunmaktadır. Bunlar aşağıda özetlenmiştir:

A-Tipi Cam Lifi:​​ Bor ilaveli veya ilavesiz alkali-kireç camlarıdır, özel tiplerinde %​​ 0,8’den daha fazla olacak şekilde alkali oksit bileşikleri içerirler. Bunlar aşağıda özellikleri belirtilen E- tipi cam lifindeki gibi mukavemet, stabilite ve iyi elektriksel dayanımın gerekli olmadığı durumlarda soda kireç silikat camlarının kullanımıyla üretilir.

C-Tipi Cam Lifi:​​ Korozif asidik koşullara karşı kimyasal stabilite sağlayan kalsiyum borosilikat camlarından​​ meydana gelir.​​ Hem asitler hem de alkaliler olmak üzere kimyasallara karşı dayanımları oldukça iyidir.

D-Tipi Cam Lifi:​​ Elektriksel uygulamalar için düşük dielektrik sabitli borosilikat camlarından​​ oluşur.

E-Tipi Cam Lifi:​​ % 0,8’den daha az oranda alkali oksit bileşikleri içeren​​ alüminyumbor​​ silikat camlardır.​​ Sentetik liflerin takviyesinde,​​ yüksek mukavemet ve elektrik dayanımı gereken durumlarda​​ tercih edilir.​​ Geniş bir kullanım alanı bulan E-tipi camlar, özellikle elektrik izolasyonunda kullanıldığı için ilk önce E-cam veya elekriksel cam olarak adlandırılmıştır.​​ Daha sonra E- tipi cam lifinin​​ içeriği ve​​ alkali kısıtlaması değişmiştir. Modern E-camları %6-10 B2O3​​ içeriğine sahiptir. Bu camlar, gemi yapımında ve​​ uzay​​ çalışmaları (roket​​ vb.) gibi birçok​​ endüstri sektöründe kullanılır​​ (Angın vd., 2003).​​ Asitlere, alkalilere ve diğer kimyasal maddelere karşı dayanıklı olduklarından kimya sanayiinde filtre yapımında da geniş oranda​​ yer bulur.

ADVANTEX Tipi Cam Lifi: E-tipi cam lifi maliyetinde, ECRGLAS türünün sahip​​ olduğu avantajların çoğunu sağlayan kalsiyum alüminosilikat camından oluşur.

ECRGLASS Tipi Cam Lifi:​​ Mukavemet, elektriksel dayanım ve asidik korozyon dayanımı için tasarlanmış,​​ maksimum %​​ 2 alkali içeren kalsiyum alüminosilikat camlarından oluşur.

AR-GLASS Tipi Cam Lifi:​​ Alkali zirkonyum silikatların alkali dayanımlı camların karışımı​​ kullanılır.

R-Tipi Cam Lifi:​​ Asidik korozyon dayanımı ve mukavemet istenilen durumlarda kalsiyumalimmosilikat camlarının kullanılmasıyla oluşan cam lifi çeşididir.

S-2 Tipi Cam Lifi:​​ S-2 tipi yüksek dayanımlı cam lifleri alüminyum silikatların yüksek sıcaklıktaki karışımlarından oluşan, incelikleri 5-27 μm arasında değişen liflerdir. Silikat cam liflerinin birçoğu tekstil ve kompozit endüstrisi için üretilir.​​ Ayrıca bu tiplerin dışında M ve Z tipi cam lifleri de mevcuttur.

M-Tipi Cam lifleri:​​ Elastisite​​ modülleri yüksek berilyum içeren camlardır.

Z-Tipi Cam lifleri:​​ Betonların takviyesinde çimento ile birlikte kullanılabilen cam lifleridir​​ (Özdemir vd., 2006).

Bunlardan​​ en çok E ve S​​ tipi​​ cam lifleri kullanılmaktadır.​​ Boyutsal kararlılığı, kimyasal maddelere ve neme karşı direnci iyidir. Ucuzdur.​​ S-tipi cam lifi ise yüksek modüle ve mukavemete sahip olmasına karşın​​ yüksek maliyetinden dolayı ancak özel kullanım alanlarında tercih edilir (Çizelge 1.5) (Peru, 2009).

Çizelge 1.5.​​ E-tipi ve S-tipi cam liflerinin özellikleri (Lukkassen and Meidell, 2008)

Cam liflerinin adlandırılmasında özel bir tanımlama kullanılır. Örneğin EC5 11 1×0 Z40 cam lifi denildiğinde;

“E” harfi elektrik cam lifini,​​ 

“C” filament (sürekli) olduğunu,​​ 

“5” filament çapını,​​ 

“11” 1000 m ipliğin 11 gr geldiğini,​​ 

“1×0”tek kat olduğunu,​​ 

“Z40” ise Z yönlü T/m’si 40 olan cam elyafı olduğu anlaşılır​​ (Alagirusamy and Das, 2010).​​ 

Cam lifleri kırpılmış, keçe, dokuma ve fitil gibi formlarda temin edilebilir (Şekil 1.24).

Şekil 1.24.​​ Kırpılmış, keçe, dokuma ve fitil formundaki cam lifi ürünler

Cam liflerinin fiziksel özellikleri​​ (Çizelge 1.6)​​ genel olarak aşağıdaki gibi sıralanır:

• Yoğunlukları 2,5-2,7 g/cm3’tür.​​ 

• Saydam ve düzgün yüzeylidirler. Kesit görünüşleri yuvarlaktır​​ (Şekil 1.25).

 

Şekil 1.25.​​ Cam lifinin mikroskop altındaki görüntüsü (Eichhorn et al., 2009)

• Cam lifleri mukavemetlerinin yüksek oluşu ile tanınır ve genellikle kopma mukavemetleri 6-7,3 g/den arasında değişir. Bunun​​ yanı sıra​​ ince liflerin mukavemeti kalın liflerden daha​​ yüksektir. Bunların kopma anındaki uzama yüzdeleri %​​ 2 civarındadır ve diğer tekstil liflerine nazaran oldukça düşüktür. Ancak C-tipi liflerde bu yetenek %​​ 3-4’e kadar çıkabilmektedir.

• Cam liflerinin içermiş oldukları nem miktarı %​​ 0,13-0,8 arasındadır. Nem, camın mukavemetini etkileyen bir parametredir.​​ 

• Kompozitler için kritik bir​​ özellik olan basınç dayanımı E-tipi ve S-tipi cam lifleri için oldukça yüksektir​​ (Wallenberger and Bingham, 2010).

Çizelge 1.6.​​ Cam liflerinin fiziksel özellikleri (Özdemir vd., 2006)

• Cam lifleri​​ boyuna​​ ve enine yönde eşit elastik modüle sahip olup, genellikle amorf yapılıdırlar.​​ Lif çapı 5-24​​ μm arasındadır​​ (Alagirusamy and Das, 2010).​​ 

• Yüksek çekme ve darbe dayanımına sahiptirler. Sürtünerek birbirlerini aşındırırlar. Cam liflerini bu hasardan koruyabilmek için haşıl tipi bir maddeyle kaplamak gerekir (Ersoy, 2005).​​ 

Çizelge 1.7.​​ Cam liflerinin kimyasal, elektriksel ve termal özellikleri​​ (Özdemir vd., 2006)

Cam liflerinin kimyasal, elektriksel ve termal özellikleri (Çizelge 1.7) aşağıda özetlenmiştir:

• Mekanik özellikleri sıcaklık artışıyla​​ değişmez ve yanmazlar.​​ 1150 °C civarında erirler.

• Asitlere karşı dayanıklı olmakla birlikte sıcak hidroflorik asit ve fosforik asitten etkilenirler​​ (Vetrotex Company, 2012).

• Derişik bazlar ve sıcak baz çözeltilerinden​​ olumsuz etkilenirler.

• Birçok organik çözgenden, bakteri, güve​​ ve mikroorganizmalardan ise etkilenmezler.

Üretilen inorganik lifler arasında cam lifi, en yüksek üretim hacmine sahip olan liftir​​ (Kluwer, 2003).​​ Bu nedenle cam liflerini tedarik etmek kolaydır.​​ Aramid ve karbon​​ liflerine göre oldukça ucuzdur.​​ Düşük maliyeti,​​ yüksek gerilim mukavemeti, yüksek kimyasal direnci​​ ve mükemmel yalıtım​​ özellikleri cam liflerinin avantajları arasındadır. Düşük gerilim modülü,​​ yüksek yoğunluğu, kullanım esnasında aşınmaya karşı olan duyarlılığı, düşük yorulma direnci ve yüksek sertliği de dezavantajlarıdır​​ (Ersoy, 2005).​​ Cam lifleri birçok uygulamada kullanılmakla birlikte kullanım alanları;​​ filtrasyon, yalıtım, takviye malzemesi ve optik lifler olarak dört temel kategoride toplanabilir​​ (Kluwer, 2003; Hearle, 2001).

Cam liflerinin uzama yetenekleri ve sürtünme mukavemetleri oldukça düşüktür ve bu nedenle giyim eşyası olarak pek kullanılmazlar. Ancak absorbe ettikleri rutubet miktarı çok az olduğundan vücudu serin tutarlar​​ ve ayrıca toksik etkileri bulunmaz. Daha çok ısıyı ve elektriği iletmemesi nedeniyle, ısı ve elektrik izolasyon maddesi ve​​ metallerin yerine gittikçe artan oranlarda kullanılan plastiklerde ve kompozitlerde takviye elemanı olarak​​ kullanılırlar (Angın vd., 2003). Bunların yanı sıra ısıyı geçirmemesi,​​ ısıya oldukça dayanıklı oluşu, röntgen ve radyasyon ışınlarını önlemesi​​ gibi​​ bazı teknolojik özellikler​​ günümüzde cam liflerinin önemini arttırmıştır. Bahsedilen bu özelliklerinden ötürü​​ ışınlara ve​​ aleve​​ karşı tente, perde, önlük, masa örtüsü, mobilya yüzü, miğfer, elbise​​ vb. gibi koruyucu eşya ve kumaşların yapımında tercih edilir (Özdemir vd., 2006).​​ Aynı şekilde petrol taşıyan tanker gemilerinde cankurtaran kayıkların, yarış botlarının,​​ helikopter gövde ve kanatlarının,​​ otomobil panellerinin, sıvı tanklarının ve yangından koruyucu eşyaların yapımında kullanılırlar (Peru, 2009). Ayrıca baskı devre kartlarının yapımında da kullanımları mevcuttur (Wallenberger and Bingham, 2010).

Cam liflerinin çok kullanıldığı bir başka alan da filtrasyondur.​​ Bu liflerin​​ kimyasal etkenlere dayanıklılığı sayesinde​​ pek çok kimyasal maddenin muhafaza ve taşınmasında kullanılan kaplar ve aynı zamanda boruların izolasyonu, çeşitli kazanların ve kabloların kaplanması​​ gibi alanlarda kullanım alanı bulmaktadır.​​ Yer altı izolasyonunda, toz ve duman filtrelerinde bina, duvar ve çatıların​​ kaplanmasında da bu lifler tercih edilir.