Çok çeşitli alt türleri olan cam elyafları göreceli düşük maliyetleri, yüksek mukavemetleri, kimyevi dayanıklılıkları ve kolay temin edilebilmeleri ile karma malzeme üretiminde diğer elyaf türlerinden çok daha yaygın olarak kullanılırlar. Eski Mısırlıların ısı ile yumuşatılmış camdan, kaba elyaflar elde ederek çeşitli kaplar imâl ettikleri söylenmektedir. Bugün kullanılan haliyle sürekli cam elyafının ilk üretimi ise 1935 senesinde ABD'de gerçekleşmiştir. Yüksek sıcaklık elektrik uygulamaları için üretilen bu ilk elyafa da elektrikten hareketle E camı adı verilmiştir.
1942'de cam elyaf takviyeli kompozitler ilk kez uçakların yapısal parçaları için kullanılmaya başlandı. 1960'ların başlarında S camı adı verilen daha yüksek mukavemetli yeni bir cam elyafı türü geliştirildi. 2000 yılına gelindiğinde ise dünya üzerindeki cam elyafı tüketimi yaklaşık 2,6 milyon tona ulaşmıştı.
Kum, soda, kil, kireçtaşı, borik asit ve çeşitli metal oksitlerinin karıştırılıp yaklaşık 1600oC'de fırında eritilmesi ve elde edilen sıcak cam hamurunun platin/rodyum alaşımından üretilmiş bir zıvanadan geçirildikten sonra çapları 0,75mm ile 2mm arasında değişen ağızlardan hızla (60 m/s'ye kadar) çekilerek hava ile temas ettirilmeden soğutulmasıyla 3 - 35 μm çaplarında cam lifleri elde edilir. Bu esnada lifler üzerine bir kimyevi astar kaplama işlemi de uygulanır. Liflerin her biri sürtünmeden kaynaklanacak aşınmayı önlemek için söz konusu astar ile kaplandıktan sonra genellikle 102 veya 204 lifin birleştirilmesiyle de cam elyafı elde edilir. Bu astar aynı zamanda reçine ile bağlanmayı iyileştiren bir bağlayıcı görevi de gördüğü için son ürünün niteliği açısından önemlidir ve kullanılacak reçineye uyumlu olmalıdır.
- Cam elyafı yüksek boyutsal kararlılığa sahip bir malzemedir. Çok yüksek ya da çok düşük sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra genleşmez veya büzülmez. Azami kopma uzaması E camı için %4,8 olup kırılma noktasının çok yakınına kadar gerildikten sonra yük kaldırıldığında %100 elastik geri dönüş gerçekleşir.
- Aramidlerden farklı olarak bünyesine su almaz ve suya maruz kaldığında fiziki ve kimyevi olarak değişime uğramaz.
- İnorganik bir madde olan cam elyafı yanmaz ve yanmayı desteklemez. 537oC'de mukavemetinin yaklaşık %25'ini koruyabilir.
- Kimyasalların çoğunun cam elyafı üzerinde ya hiç etkisi yoktur ya da çok az etkisi vardır. Küflenmez, çürümez, bozulmaz. Ancak hidroflorik ve sıcak fosforik asitlerden ve güçlü alkali maddelerden etkilenir.
- Elektrik yalıtımı için mükemmel bir malzemedir.
- Düşük ısıl genleşme katsayısı yüksek ısıl iletkenlik özellikleriyle boyutsal kararlılığa sahip olan cam elyafı asbest ve organik elyaflarla karşılaştırılabilir derecede iyi bir şekilde ısıyı dağıtır.
- Yüksek sıcaklıklarda dayanımını sürdürebilme, korozyon ve yangın direnci, kullanım ve uygulama kolaylığıyla cam elyafı önemli bir ısıl yalıtım malzemesidir. Bu sebeple pek çok askeri ve sivil tersane tarafından yüksek sıcaklıktaki boruları yalıtmak için kullanılırlar.
|
Si02 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
B2O3 |
Na2O |
Diğerleri |
E Camı |
%54 |
%14 |
%19 |
%2 |
%10 |
%1 |
K2O, TiO2, Fe2O3, F2 |
S Camı |
%65 |
%25 |
- |
%10 |
- |
- |
K2O, Fe2O3
|
A Camı |
%72 |
%1 |
%10 |
%2 |
- |
%14 |
SO3 |
C Camı |
%65 |
%4 |
%14 |
%3 |
%5,5 |
%8 |
K2O |
D Camı |
%73 |
%1 |
%1 |
- |
%23 |
%2 |
Fe2O3 |
M Camı |
%54 |
- |
%13 |
%9 |
- |
- |
BeO, TiO2, CeO2, LiO2, ZrO2, Fe2O3
|
AR Camı |
%65 |
%3 |
%5 |
- |
%4 |
%15 |
ZrO2, K2O, TiO2, Fe2O3, F2 |
Çizelge.1) Ticari olarak üretilen bazı cam elyafı türlerinin ağırlıkça bileşimleri
Mevcut cam elyafı türleri içinde deniz mühendisliği alanında hakim olan ürün E camı elyafıdır. Daha yüksek mukavemet, katılık, yorulma dayanımı ve balistik koruma ihtiyaçları için S1 camı elyafı da kullanılabilir fakat maliyet ciddi derecede artar. İlave olarak S camını Türkiye'de tedarik etmek zordur. Çizelge.1'de belirtilen diğer ticari cam elyafı türlerinin gemi mühendisliği için kullanılmasına genelde ihtiyaç duyulmaz. A camı, E camının mukavemet ve dayanıklılık niteliklerine ihtiyaç duyulmayan alanlarda kullanılır. C camı yüksek asidik ortamlarda kimyasal kararlılığa ihtiyaç duyulduğunda kullanılır. D camı düşük dielektrik sabiti ile elektrik temelli uygulamalarda kullanılır. AR camının alkali dayanımı yüksektir, çimento kakısı olarak beton yapılarda kullanılır...

Resim.1) %29,3 elyaf oranında, (muhtemelen) polyester reçinesi ile tek eksenli E ve S camı elyaflarının yöne göre çekme ve basma mukavemeti değerleri.
Resim.1'de S ve E-camı elyafları ile hazırlanmış CTP (Cam Takviyeli Plastik) parçalarının, elyaf yönlerine göre çekme mukavemeti eğrileri görülebilir. Bu değerlerin alındığı kaynakta2 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. Farklı reçine ve elyaf oranlarıyla daha iyi değerler elde etmek mümkün olabilir.

Resim.2) Sıcaklığının S ve E camı elyaflarının çekme mukavemetlerine olan etkisi
|
A Camı |
C Camı |
D Camı |
E Camı |
S Camı |
Yoğunluk, kg/dm3 |
2,44 |
2,52 |
2,13 |
2,58 |
2,46 |
Kırılma İndisi |
1,538 |
1,533 |
1,465 |
1,558 |
1,521 |
Yumuşama Noktası, oC |
705 |
750 |
771 |
846 |
1056 |
Tavlama Noktası, oC |
? |
588 |
521 |
657 |
816 |
Katılaşma Noktası, oC |
? |
522 |
477 |
615 |
766 |
Çekme Mukavemeti, MPa | -196oC |
? |
5.380 |
? |
5.310 |
8.275 |
Çekme Mukavemeti, MPa | 23oC |
3.310 |
3.310 |
2.415 |
3.445 |
4.890 |
Çekme Mukavemeti, MPa | 371oC |
? |
? |
? |
2.620 |
4.445 |
Çekme Mukavemeti, MPa | 538oC |
? |
? |
? |
1.725 |
2.415 |
Esneklik Katsayısı, GPa | 23oC |
68,9 |
68,9 |
51,7 |
72,3 |
86,9 |
Esneklik Katsayısı, GPa | 538oC |
? |
? |
? |
81,3 |
88,9 |
Kopma Uzaması, % |
4,8 |
4,8 |
4,6 |
4,8 |
5,7 |
Çizelge.2) Muhtelifi cam elyaflarının temel fiziki nitelikleri
|
A Camı |
C Camı |
D Camı |
E Camı |
S Camı |
Dielektrik Sabiti, 1MHz |
6,2 |
6,9 |
3,8 |
6,6 |
5,3 |
Dielektrik Sabiti, 10GHz |
? |
? |
4,0 |
6,1 |
5,2 |
Kayıp Katsayısı, 1Mhz |
? |
0,0085 |
0,0005 |
0,0025 |
0,0020 |
Kayıp Katsayısı, 10Ghz |
? |
? |
0,0026 |
0,0038 |
0,0068 |
Hacim Direnci, ohm-cm |
1.0e+10 |
? |
? |
4,02e+14 |
9,05e+12 |
Yüzey Direnci, ohm |
? |
? |
? |
4,02e+15 |
8,86e+12 |
Dielektrik Kuvveti, volt/mil |
? |
? |
? |
262 |
330 |
Çizelge.3) Muhtelif cam elyaflarının temel elektrik özellikleri
|
A Camı |
C Camı |
D Camı |
E Camı |
S Camı |
Özgül Isı, J/g oC | 23oC |
0,796 |
0,787 |
0,733 |
0,810 |
0,737 |
Özgül Isı, J/g oC | 200oC |
? |
0,900 |
? |
1,030 |
? |
Isıl Genleşme Katsayısı (x10-7) -30oC ile 250oC arasında |
73 |
63 |
25 |
54 |
16 |
Çizelge.4) Muhtelif cam elyaflarının temel ısıl özellikleri

Resim.3) Bir epoksi matris içindeki S ve E cam elyaflarının ısıl genleşme katsayılarının hacimsel elyaf oranı ile değişimi

Resim.4) Bir epoksi matris içindeki S ve E cam elyaflarının dielektrik sabitlerinin hacimsel elyaf oranı ile değişimi.

Resim.5) Sıcaklığa bağlı olarak S ve E cam elyaflarının kıvamlılık (viskozite) değerleri
|