Kullanıldığı endüstrinin ilk takviyesi olan fiberglas ya da bir diğer adıyla cam elyaf eski bir malzeme olmasına karşın popülerliğini ilk günkü gibi korumaya devam ediyor. Peki fiberglas üretimi nasıl yapılır? İşte bu sorunun yanıtı, bu malzemenin avantajları, kullanım alanları ve çok daha fazlası yazımızda.

Fiberglass Nedir?

Fiberglas, çok ince tellerin kalıplardan eritilip geçirilmesiyle üretilen bir maddedir. Çeşitli kullanım alanları olsa da en çok kullanıldığı alanlar inşaat ve otomotiv sektörüdür. Günlük dilde cam elyafı ve güçlendirilmiş plastik için de kullanıldığından bazı yanılgılar söz konusu olabilir. Cam takviyeli plastik, fiberglas malzemelerin, polyester veya vinilester reçinelerin bazı yöntemlerle takviye edilerek üretilmesiyle elde edilen kompozit maddeye verilen addır. Bunun yerine kısaltılmış olarak fiberglas kullanılır. Fiberglas esasen eritilen camın mikro küçüklükteki deliklerden eritilerek akıtılmasının ardından sertleştirilmesi ile üretilen bir maddedir. Fiberglas maddeler ve farklı kimyasal maddelerin kombinasyonlarından farklı birçok kompozit malzeme üretmek mümkündür. Fiberglas maddeler, düşük ısı iletimine sahip olan ve yüksek mekanik mukavemet gösteren maddelerdir.

Fiberglas malzemeler çeliğe kıyasla çok daha dayanıklı maddelerdir. Bunun yanında hem çok estetik olarak da göze hitap eden bir yapı malzemesidir. Fiberglas, endüstride türünün ilk malzemesi olmasına rağmen zamana meydan okuyan ve son yıllarda çok fazla tercih edilen bir malzemedir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte sıklıkla kullanıldığı inşaat ve otomotiv sektörlerinin yanı sıra farklı uygulama alanları için de tercih edilen bir malzeme olarak öne çıkacaktır.

Fiberglass Özellikleri ve Avantajları Nelerdir?

Fiberglas malzemelerin en öne çıkan özellikleri hafif olmalarıdır. Bu özellikleri sayesinde bu malzemeler uygulama sırasında büyük kolaylık sağlar. Ayrıca oldukça dayanıklı olmalarından ötürü hem birçok farklı endüstride kullanılırlar hem de kullanıldığı her endüstride yüksek kalite sunarlar.

Bu özelliklerine ek olarak küf tutmaya ve paslanmaya karşı dayanıklı malzemelerdir. Fiberglas malzemeler, su ve neme maruz kalınan alanlarda suyu tolere eder ve su geçişine izi vermez.  Bu sebeple çatı, dış mekanlar, bina cephe kaplamaları ve küf-paslanma gibi dış etkenlere karşı konulması gereken alanlarda rahatlıkla tercih edilebilir ve sıklıkla kullanılır.

Sudan etkilenmemesinin yanında fiberglas malzemeler rüzgar, sıcaklık, soğukluk gibi dış mekan şartlarına karşı da dayanıklılık gösterir. Dolayısıyla duvar kaplamasında oldukça başarılı sonuçlar sunar. Özel teknikler ile duvara uygulandığı takdirde uzun yıllar koruma sağlar ve kolaylıkla uygulanabilir. Farklı renk ve şekil seçenekleri olduğundan bu malzeme estetik ve kişiselleştirilebilirdir. Fiberglaslar ve reçine ile kombinasyonlarından üretilen kompozit malzemeler, son derece esnek bir yapıda olduklarından çekmelere karşı yüksek mukavemet gösterirler ve gerilmelere karşı oldukça dayanıklıdırlar.

Fiberglass Üretim Süreci

Tekstil sınıfındaki cam elyaflar silika (SİO2) kumundan yapılır. Bu kum 1720 derecede eritilir. Doğal bir kaya olan kuvarsın ana elementi SİO2’dir. Fakat kuvars oldukça sert ve düzenli atom yapısına sahip kristal bir kayadır. %99 ya da daha fazlası SİO2 içerir. SİO2, 1200 derecenin üzerinde ısıtılmasının ardından ortamda soğutulursa kristalleşir ve kuvarsa dönüşür. Üretim sürecinde cam, sıcaklık ve soğuma oranları değiştirilir. Saf haldeki SİO2 1720 derecede ısıtıldığı takdirde ardından hızlı bir soğutulma işlemi ile kristalleşme önlenebilir. Bu işlem sonucunda cam olarak da bilinen amorf veya rastgele sıralı atom yapısı meydana gelir.

Fiberglas üretimi günümüz teknolojileri ile sürekli olarak geliştirilmiş olsa dahi fiberglas üreticileri, büyük ölçüde 1930’larda geliştirilen stratejiyi takip eder. Bu strateji yüksek sıcaklık/hızlı soğutma adımlarından meydana gelir. Fiberglas üretim sürecini beş temel adımda incelemek mümkündür:

1. Harmanlama

Aktif ticari fiberglas üretimi sadece silikadan yapılabilir. Fakat faydalı olan özellikler kazandırabilmek ve çalışma sıcaklığını düşürebilmek adına başka bileşenler de eklenir. Fiberglas üretiminin ilk aşaması olan harmanlama adımında kullanılan malzemeler uygulama alanları göz önünde bulundurularak hassas bir biçimde ölçülür ve belirlenen kesin miktarlar ile kıyaslanır. Modern fiberglas üretimi yapan tesislerde harmanlama adımı bilgisayarlı tartım üniteleri ve kapalı malzeme taşıma sistemleri kullanılarak otomatik bir biçimde gerçekleştirilir.

2. Eritme

Eritme yöntemi

Fiberglas üretiminin ikinci adımı eritme işlemidir. Karışım eritilmek üzere başka bir pnömatik konveyör tarafından parti setinden 1400 dereceye varan yüksek sıcaklıklardaki doğal gazla çalışan bir fırına gönderilir. Bu fırınları üç bölüme ayırmak mümkündür. İlk bölüm hava kabarcıklarının homojenlik oranının arttırıldığı ve erimenin gerçekleştirildiği ilk cam partisidir. Eritilen cam sıcaklığın 1370 dereceye düşürüldüğü rafinelere aktarılır. Fırının son bölümünde erimiş cam elyafların ekstrüzyona tabi tutulmasını sağlayan dört veya yedi kabuk vardır.

Fırıncılık firmaları çeşitli alanlarda faaliyet gösterir. Daha büyük fırınların kullanılmasıyla beraber yıllık fiberglas üretimi 30.000 mt’dan 40.000 mt’a ulaşmıştır. Bu alandaki en önemli teknolojik gelişme dijital kontrol teknolojisidir. Dijital kontrol teknolojisi ile cam fırınlardaki gaz ve oksijen akış hızlarında hareket eder, camın hassas sıcaklığı ölçülür ve yönetilir. Bununla beraber kabarcık ve elyaf oluşum sürecinde kesintiye sebep olabilecek diğer kesintiler engellenir ve elyafizasyon ekipmanı daha düzenli ve yumuşak bir akışta seyreder. Bu noktada önemli olan oksijen akış hızının kontrolüdür. Son teknolojinin kullanıldığı fırınlarda doğal hava yerine saf oksijen kullanılır ve yakılır. Böylelikle doğalgaz yakıtı camı daha verimli ve sıcak yakar. Daha az enerji kullanıldığından işletme için de maliyetler azaltılmış olur. Ayrıca bu fırın teknolojisi çevreye çok daha duyarlı bir teknolojidir. Fırının çalıştırılması zor bir süreçtir. Camın eritilmesi ve taşınması süreci, fırının içini kaplayan tuğlaların aşınmasına sebep olur. Ayrıca fiberglas üretimi, başlandıktan sonra bitene dek durdurulamayacak bir süreçtir. Dolayısıyla tuğla ömrünü uzatmaya yönelik çalışmalar sürdürülmektedir.

Cam eritme sürecine üç ana yaklaşım getirilmiştir. Bunlar:

  1. Dolaylı eritme (Tekrar eritme de denir.)
  2. Büyük ölçekli fırınlar kullanılarak doğrudan eritme,
  3. Küçük ölçekli fırınlar yani paramelitler kullanılarak doğrudan eritme.

Dolaylı eritme işleminde erimiş camlar öncesinde kesilir, yuvarlatılır, soğutulur ve 11 mm çapındaki mermerler halinde paketlenir. Sonrasında fiberglas üretiminin yapılacağı tesislere taşınırlar. Daha saf bir üretim elde edebilmek için mermerler görsel muayeneyi de kolaylaştırır. Dolayısıyla üründe daha tutarlı bir sonuç elde edilir.

Doğrudan eritme işleminde fırındaki erimiş cam, doğrudan elyaf oluşturma mekanizmasına aktarılır. Bu yaklaşımda ara adım ve mermeri yeniden eritme maliyeti olmadığından sıklıkla tercih edilir.

3. Fibrilasyon

Bu süreç fiberglas üretimi, ekstrüzyon ve zayıflatma kombinasyonundan meydana gelir. Ekstrüzyonda eritilmiş cam, 200 ila 8000 arası mikro incelikteki delikleri bulunan, erozyona mukavemet gösteren, platin/rodyum alaşımından yapılan burçlardan geçer. Bu burçlar elektronik olarak ısıtılır ve sabit cam viskozitesini korumak için sıcaklıklar dikkatli bir biçimde kontrol edilir. Burçtan çıkan su jetleri filamanları yaklaşık 1204 derecede soğutulur.

Erimiş camın haddelenmiş akışlarını filament denen lifli elemanlarla mekanik olarak çekilmesi inceltme olarak adlandırılır. Filamentlerin çapı, insan saçının onda biri kadardır. Yüksek hızlı sarıcı erimiş akılar yakalanır ve dakikada 2 km/3 km çevresel hızda dönerek toplar.

Nozül tasarım elyaf için kritik öneme sahip olan bu burçlar oldukça pahalıdır. Filaman çapını belirleyen meme çapıdır. Meme miktarı ise uç sayısı kadardır. Bir fitil üretmek için 4000 nozüle ihtiyaç duyulabilir. Burçlar hem elyaf verimini hem de cam başına düşen elyaf metre miktarını da kontrol eder. Özel olarak üretilen filament çapları, performansı arttırır, toplam üretime fayda sağlar ve maliyeti düşürür.

4. Kaplama

Fiberglas üretimin son aşamasında kimyasal bir kaplama veya apre uygulanır. Bu endüstride bağlayıcı, ebat ve haşıl terimleri sıklıkla birbiri yerine kullanılır. Fakat uygulanan kaplama için kullanılması gereken doğru terim ebattır. Haşıllama işlemi de bu işlemi uygulamak için kullanılır. Genellikle kaplamalar ağırlık olarak 0,5 ila 2,0 oranında eklenir. Bu kaplamalar yağlayıcılar bağlayıcılar veya birleştirme maddeleri barındırır. Filamentlerin aşınma ve yıpranmasına karşı koymada yardımcı olurlar. Birleştirme maddeleri ise reçine çıkışını geliştirmek için kullanılır ve elyaf-matris ara yüzündeki yapışkanlığı güçlendirir.

Bazı boyutlardaki kimyasallar sadece polyester reçine iken bazıları sadece epoksi ile uyum sağlar. Diğerleri ise geri kalan reçinelerle beraber kullanmaya uygundur.

5. Kurutma ve Paketleme

Fiberglas üretimi sona erse de sonrasında boyutlandırılmış filamentler demet halinde toplanır. Filamanlar cam iplik teli oluşturur. Cam iplik teli tambura sarılır, suyla soğutulur, boyutlandırılır ve ıslak olan paketler fırında kurutulur. Sonrasında paketlenmeye, sevk edilmeye ve işlenmeye hazır hale gelir.

Fiberglass Üretimi İçin Kullanılan Hammaddeler

FE-Glass, S-Glass- H-Glass gibi piyasada bilinen birçok fiberglas vardır. Farklı niteliklere sahip bu fiberglaslar, üretim esnasında kullanılan farklı cam elyafları sayesinde ayırt edilir. Fiberglas üretmek için kullanılan mineraller erime noktasına gelinceye dek eritilir, sonrasında ise ekstrüde edilir. Bunlar genellikle çapı 25 mikrometreyi aşmayan küçük delikler halini alır ve bunlara filament adı verilir.

Sonrasında boyutlandırılan filamentler, fitiller halinde paketlenir. Cam elyafların ağırlığını fitilde kaç adet filaman olduğu ve bu filamanın ne kadar kalın olduğu belirler. Bu da verim veya tex olarak ifade edilir.

Bu imalat sürecinde kullanılan alternatif cam elyaf formu, sürekli bir iplikçik mat formudur. Sürekli mat şerit, erimiş cam şeritlerinin doğrudan hareketli bir bandın üzerine dağıtılmasıyla oluşur. Camın soğuyup sertleşmesiyle ürünün sabit kalması için bağlayıcı bir eleman eklenir. Sonrasında kesilir, uzun ve sürekli bir mat şeklinde yuvarlanır.

Fiberglass Kullanım Alanları

Fiberglas malzemeler inşaat sektöründe en sık tercih edilen maddelerden biridir. Su geçirmez özeliklere sahip olduklarından çatı kaplamaları ve farklı yüzey kaplamalarında da sıklıkla tercih edilirler. Bunun dışında duvarlarda cephe güçlendirici olarak da kullanılırlar. Ayrıca farklı renk seçenekleri sunduklarından estetik bir görünüm de sunarlar. Bina süslemelerinde, çatı levhalarında, beton ve alçı kalıplarda, küvetlerde, mutfak tezgahlarında, ahşap ve metal yüzeylerde, mutfak tezgahlarında, nakil borularında, metal yüzeylerde ve bu yüzeylerin korunmasında kullanılırlar.