SeyrüseferSeyir DefteriMalzeme Bilgisi → Para-Aramid (1) Kevlar 49 ve Twaron Elyafları

Para-Aramid (1) Kevlar 49 ve Twaron Elyafları

Seyir Defteri - Malzeme Bilgisi
Cuma, 28 Haziran 2013

para-aramid; twaronNaylon ailesinin bir üyesi olan aramidin kimyevi bileşimi "poli para fenilen terepitelamid" olarak tanımlanır. İlk olarak 1960'larda geliştirilen meta-aramid ve daha sonra üretilen para-aramid olarak iki bilinen türü mevcuttur. Meta-aramidler ısıya karşı yüksek dirençleri, olağan oksijen seviyelerinde erimemeleri ve alev almamaları sebebiyle koruyucu giysiler, ısı ve elektrik yalıtım malzemeleri gibi alanlarda kullanılırlar.

Burada kısaca bahsedilecek olan para-aramidler ise bazı üstün mekanik nitelikleri sebebiyle karma malzeme üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Para-aramidin, otomobil lastikleri içindeki çelik tellerin yerine kullanılacak bir malzeme arayışı esnasında Dupont tarafından geliştirildiği söylenmektedir. Malzeme halk arasında ticari olarak piyasaya sürülen ilk para-aramid lifine verilen Kevlar tescilli ismiyle tanınır. Dünyadaki ikinci para-aramid üreticisi ise Japon Teijin'dir.

Piyasada farklı uygulamalar için geliştirilen muhtelif para-aramid türevleri mecvuttur. Bunların en bilinen ve yaygın olanları;

  • Kevlar 29 (Dupont)
  • Technora (Teijin)
  • Kevlar 49 (Dupont)
  • Twaron (Teijin)

olarak sıralanabilir. Bu dört elyaftan ilk ikisi kurşun geçirmez uygulamalar, son ikisi ise kompozit uygulamaları için kullanılır ve aralarında ciddi farklılıklar vardır. Gemi mühendisliği alanında yaygın olarak Kevlar 49 ve Twaron elyafları kullanılır. Bu nedenle zaman zaman, özellikle küçük deniz araçları üreticilerinin bir miktar kevlar 49 veya twaron kullandıktan sonra ürünlerini tanıtırken ve pazarlarken kurşun geçirmezliğe atıfta bulunmaları gerçeği yansıtmaz.

Ayrıca Kevlar 149, Kevlar 100, Kevlar 119, Kevlar 129, Kevlar 159, Kevlar XP, Heracron gibi çeşitli uygulamalara yönelik olarak geliştirilmiş çok yaygın olmayan başka para-aramid türevleri de mevcuttur.

Bu yazının konusu kompozit yapılar için kullanılan en yaygın para-aramidler olan Kevlar 49 ve Twaron'dur. İkinci bölümde kurşun geçirmez balistik koruma uygulamaları ve buna bağlı olarak Kevlar 29 ve Technora'nın ayrıca ele alınması muhtemeldir.

Para-aramid kullanılan kompozit yapılarda en çok tercih edilen matris malzemeleri öncelik sırasıyla epoksi, vinilester ve fenolik reçinelerdir. Para-aramid veya diğer yüksek teknoloji elyafları polyester reçinesi ile birlikte kullanmak malzeme israfı olarak değerlendirilebilir. Benzer şekilde büyük oranda para-aramid elyaf ile imâl edilen bir yapı için geleneksel el yatırması yönteminin uygulanmasından da kaçınmak gerekir çünkü malzemenin üstün özelliklerini ortaya koyacak uygun elyaf oranı bu yöntem ile (vakum torbalama kullanılmadıkça) elde edilemez.

Bu hususlar göz ardı edilirse imâl edilecek yapının mukavemet nitelikleri beklenenin çok altında kalabilir ve bunun önüne geçebilmek için gerekenden çok daha fazla elyaf kullanmak lüzum eder. Sonuç olarak malzemenin sağlayabileceği hafiflik üstünlüğü ortadan kalkacağı gibi, söz konusu elyafın yüksek fiyatı sebebiyle yapının maliyeti de gereksiz yere çok yükselecek, ilave olarak uzun vadede daha başka sıkıntılar da ortaya çıkacaktır.

Aşağıdaki iki resimde Kevlar 49 ve E-camı elyafları ile hazırlanmış ETP (Elyaf Takviyeli Plastik) parçalarının, elyaf yönlerine göre çekme mukavemeti eğrileri görülebilir. Bu değerlerin alındığı kaynakta1 reçine belirtilmemiş olmakla birlikte elde edilen sonuca ve deneyin yapıldığı zamana bakınca bir polyester reçine kullanıldığını tahmin edebilmek mümkündür. Yayınlanan deney sonuçları, tek eksenli ve %29,3 (hacimsel) elyaf oranı içindir ve bu düşük oran sebebiyle deneyde kullanılan parçaların el yatırması yöntemi ile imâl edildiği de söylenebilir. Her şeye rağmen bu veriler bazı ilgi çekici ayrıntıları da göz önüne sermektedir.

Kevlar ve Cam Elyafları için Çekme Mukavemeti Eğrileri

Resim.1) %29,3 elyaf oranında, (muhtemelen) polyester reçinesi ile tek eksenli Kevlar 49 ve Cam (E) elyaflarının yöne göre çekme mukavemeti değerleri. Aramid'in çekme yönüne olan yüksek hassasiyeti dikkât çekicidir. Bu noktada mevcut deney koşullarını da göz ardı etmemek gerekir.

 

Kevlar ve Cam Elyafları için Basma Mukavemeti Eğrileri

Resim.2) %29,3 elyaf oranında, (muhtemelen) polyester reçinesi ile tek eksenli kevlar 49 ve E-camı elyaflarının yöne göre basma mukavemeti değerleri.
Bu eğriler para-aramidlerin en büyük zaafiyetini açıkta göstermektedir; düşük basma mukavemeti! Deniz uygulamalarında para-aramid kullanırken çok dikkatli olmak gerekir.


Para-aramidlerin temel niteliklerinden bahsetmek gerekirse:

Üstünlük olarak;

  • Düşük yoğunluk
  • Yüksek esneklik katsayısı
  • Yüksek çekme mukavemeti
  • Yüksek darbe mukavemeti
  • Yüksek yorulma mukavemeti
  • Yüksek sürtünme mukavemeti
  • Yüksek kimyasal dayanıklılık
  • Düşük kopma uzaması
  • Düşük ısıl genleşme
  • Ateşe dayanıklılık (Erime noktası yok, ~300°C'de mekanik özelliklerde ani düşüş olur, ~500°C de bozulma başlar)
  • Yalıtkanlık


Zaafiyet olarak;

  • Düşük basma mukavemeti
  • Morötesi ışınlara karşı hassasiyet (sürekli karanlıkta saklanmaları gereklidir)
  • Lif veya kumaş halindeyken katlama, büzme gibi etkilerle zarar görebilmesi
  • Kesme ve mekanik işleme zorluğu
  • Bünyesine nem almaya meyilli olması
  • Tuzlara ve asitlere karşı hassasiyet

sayılabilir.

 

Kevlar 49 ve Twaron
Yoğunluk (kg/dm3) 1,44
Esneklik Katsayısı (GPa) 110
Kopma Uzaması (%) 2,4
Çekme Mukavemeti (GPa) 3,6

 

sıcaklığın e-camı ve kevlar49 mukavemeti üzerindeki etkisi

Resim.3) Sıcaklığın Kevlar 49 ve E camı elyaflarının çekme mukavemetleri üzerindeki etkisi.
Para-aramidler ateşe dayanıklı oldukları ve erimedikleri için bazı yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanırlar bununla birlikte yüksek sıcaklıktaki nitelikleri cam elyafları kadar iyi değildir.  ~300°C'de mekanik özellikleri ani olarak düşer.

 

Son olarak, ChemChina adlı Çin şirketinin 2015 senesinde faaliyeti almayı planladığı para-aramid hattıyla dünyanın 3. para-aramid üretici olması beklenmektedir5. Bu gerçekleşirse para-aramid fiyatlarını düşmesi ve gemi inşaatı alanında daha yaygın olarak kullanılması beklenebilir.

Yaftalar:

♦ Açıklamalar

1. Professional Boat Builder, Sayı , 1994, Reinforcing with Carbon Fiber [geri]

♦ Kaynaklar

1. http://www.kevlar.com
2. http://www.teijinaramid.com
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Twaron
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Kevlar
5. http://www.chinadaily.com.cn/business/2011-12/23/content_14312011.htm
 







Telif Hakkı © 1997-2020 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.