Livadi
23.07.2010, 09:34
Odun-Odun Dışı
Malzeme Kompozitleri
Bilgin GÜLLER (PhD) /
Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi,
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, ISPARTA
1. GİRİŞ
Orman ürünleri endüstrisinde küçük partiküllerin, liflerin yada daha geniş parçaların yapıştırılmasıyla geliştirilmiş olan pek çok malzeme değişik isimlerle anılmaktadır. Farklı isimlerle anılan bu ürünlerin odun kompozitleri başlığı altında değerlendirilmesi son 10-15 yılı kapsamaktadır (Maloney 1986). Genel olarak, kompozit terimi farklı iki yada daha fazla materyalin değişik yapıştırıcılarla bir araya getirilerek oluşturulan malzemeleri ifade etmektedir (Mallick 1997). Odun kompozitleri ise odunsu materyalin odunsu bir materyal yada başka bir materyal ile yapıştırıcılarla birleştirilmesiyle elde edilen malzemeleri ifade eder Kompozitler yalnızca levha ürünlerini değil aynı zamanda kalıpla şekillendirilmiş ürünleri odun ve diğer malzemelerin kombinasyonu ile oluşturulan ürünleri de ifade etmektedir. Bu ürünler lif levhadan lamine malzemelere kadar geniş bir dağılım göstermektedir (Güller 2001).
Odun özellikleri türler arasında, aynı türe ait ağaçlar arasında ve aynı ağacın değişik kısımlarında farklılıklar gösterdiği için, masif odun özellikleri, prosesi kontrol edilerek özelliklerine müdahale edilebilen kompozit malzemelerin özelliklerinden farklıdır. Odun kökenli kompozitlerin özellikleri lif, yonga, kaplama vb. seviyesinde incelenir. Bu tür malzemelerin özellikleri üretim prosesindeki işlemlere müdahale edilerek (Bu elemanların kombinasyonları, kullanılan madde miktarı, işlem süreleri, tabakaların organizasyonu vb.) değiştirilebilir (Anonim 1999, 2004).
Kompozit malzemelerin mobilya endüstrisinde, inşaat sektöründe, iç ve dış mekanlarda çok geniş bir kullanım yelpazesi vardır. Bu ürünlerin özellikleri, hammadde odunun fiziksel şeklinde yapılan değişiklikler, levha yoğunluğu, kullanılan tutkalın cinsi ve miktarı, su ve yangına karşı dayanımı artırmak, ayrıca çeşitli çevresel etkilere karşı dayanımı arttırmak amacıyla eklenen maddeler ile geliştirilebilmektedir. Günümüzde bazı kompozit malzemeler birlikte gruplandırılarak (Örneğin, kontrplak, çeşitli yapı levhaları, lamine edilmiş ağaç malzeme, yongalevha, MDF vb.) “Engineered Wood Products (EWP)” olarak adlandırılmaktadır (Maloney 1996).
2. ODUN KOMPOZİTLERİNİN SINIFLANDIRILMASI
Odun kompozitleri ile ilgili literatürde değişik sınıflandırmalar yapılmıştır. Bunlardan yararlanılarak odun kompozitleri aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır (Güller 2001).
-Levha Ürünleri: Kontrplak, Kontrtabla, Yongalevha [Yongalevha (particleboard), Etiketli yongalevha(waferboard), Şerit yongalı levha (flakeboard), OSB (oriented strand board), Lif levha (MDF, HDF, İzolasyon levhası)
-Yapısal Kompozitler: Yapısal kompozit keresteler[PSL (Parallel Strand Lumber), LSL (L*****ted Strand Lumber), OSL (Oriented Strand Lumber), LVL (L*****ted Veneer Lumber), GLULAM (Glued L*****ted Timber)], Yapısal levha ürünleri [Yapısal kontrplaklar, yapısal flakeboardlar (waferboard, OSB)], Ahşap I kirişler, COM-PLY keresteler
-Mekanik Olarak Lamine edilmiş elemanlar
-Kalıplanmış Ürünler (Molded Products)
-Odun-Odun dışı Ürün Kompozitleri: Bağlayıcı olarak inorganik maddelerin kullanıldığı kompozitler (Alçılı levhalar,mağnezyum çimentolu levhalar,potland çimentolu levhalar), Odun lifi- termoplastik kompozitleri (Yüksek termoplastik içerikli kompozitler, düşük termoplastik içerikli kompozitler, dokunmamış tekstil tip kompozitler).
Bu makalede odun kompozitlerinin genel bir sınıflandırılması yapıldıktan sonra, odun-odun dışı ürün kompozitleri olarak adlandırılan malzemeler biraz daha ayrıntılı olarak aşağıda açıklanmıştır.
2.1. ODUN - ODUNDIŞI MALZEME KOMPOZİTLERİ
2.1.1. Bağlayıcı Olarak İnorganik Maddelerin
Kullanıldığı Kompozitler (Inorganic- Bonded
Composites)
İnorganik madde bağlayıcılı odun kompozitlerinin geniş bir tarihçesi vardır. Bunların ticari olarak üretimi 1914 yılında Avusturya’da başlamıştır. İnorganik madde bağlayıcılı odun kompozitleri, ağırlığının %10-70’i arasında odun yongaları yada liflerini ve bu orana bağlı olarak %90-30 arasında inorganik bağlayıcı içeren şekillendirilmiş ürünler veya levha ürünleridir.
İnorganik bağlayıcılı odun kompozitlerinin özellikleri odunsu materyal ve inorganik bağlayıcı maddenin yapısı ve miktarından önemli düzeyde etkilenir.
İnorganik bağlayıcılar 3 ana kategoriye ayrılır.
i. Alçı
ii. Magnezyum çimentosu
iii. Portland çimentosu
Alçı ve Magnezyum çimentosu rutubete karşı hassastır ve bunlarla üretilmiş levhalar genellikle iç maksatlarla kullanılır. Portland çimentosunun bağlayıcı olarak kullanıldığı kompozit levhaları alçı ve magnezyum çimentosu kullanılmış olanlara göre rutubete karşı daha dayanıklıdır ve hem iç hem de dış maksatlarla kullanılır. Bütün inorganik madde bağlayıcılı kompozitler böcek, yangın ve bakteri vb. zararlılara karşı dayanıklıdır.
Alçılı paneller genellikle iç duvarlarda ve tavan kaplaması olarak kullanılmaktadır. ABD’de bu ürünler genel olarak “kuru duvarlar” olarak adlandırılmaktadır. Direncini (eğilme) yüzey düzgünlüğünü arttırmak için bu levhalara kağıt kaplanmaktadır. Amerika ve Avrupa’daki bazı firmalar bu panellerin içinde geri dönüştürülen kağıt lifleri kullanmaktadır. Alçılı levhalar normalde alçı, su, lignoselülozik liften yapılır. Magnezyum çimentolu levhaların portland çimentolu ve alçılı levhalara göre fiyatının daha yüksek olmasına rağmen üretimde portland çimentoluya göre bazı avantajları vardır. İlki lignoselülozik materyallerin içerisindeki çeşitli şekerler magnezyum çimentosunun yapışma vb. işlemlerini daha az etkiler. İkincisi üretim boyunca magnezyum çimentosu yüksek su içeriğine daha dayanıklıdır. Magnezyum çimentolu levhalar suya duyarlı olarak kabul edilse de bu levhalar suya alçılı levhalara göre daha az duyarlıdır. Magnezyum çimentosunun başarılı bir uygulaması iç kısımlardaki tavan ve duvarlar için düşük yoğunluktaki panellerdir. Bu panel ürününün üretilmesinde, odun yünü (excelsior) düşük yoğunluktaki keçeye (mat) yayılır. Bu keçe magnezyum çimentosunun sulu solüsyonu püskürtülür, preslenir ve panellere kesilir. İnorganik madde – odun kompozitleri içerisinde en yaygın olan portland emdirilmiş kompozitlerdir. Portland çimentosu su ile birleştiğinde hemen hidrasyon adı verilen reaksiyona girer ve bu işlem sonunda katı, taş gibi bir kütleye dönüşür. Portland çimentolu kompozitlerin düşük yoğunlukta olanları odun yünü ile yüksek yoğunlukta olanları ise yonga veya liften yapılır.
Düşük yoğunluktaki ürünler iç kısımlarda tavanda ve duvar panelleri olarak kullanılır. Portland çimentolu panellerin ses izolasyonu da iyidir.
Yüksek yoğunluktaki levhalar ise yer döşemesi olarak, çatı örtüsü olarak, yangın kapılarında, yük taşıyıcı duvarlar, dekoratif çatı kiremitleri, preslenmemiş büzlerin yapımında (non- pressure pipes) kullanılır (Moslemi 1990, Maloney 1996, Anonim 1999).
2.1.2. Odun Lifi Termoplastik Kompozitleri
Lignoselülozik madde termoplastik kompozitlerinde kullanılan termoplastikler; polipropilen, polisiteren, viniller ve (düşük ve yüksek yoğunluktaki) polietilenler, akrilonitril-bütadien-sitiren dir (Youngquist et al.1993, Anonim 1999, Clemons 2002). Lignoselüloziklerle birlikte kullanmak üzere seçilen termoplastikler lignoselülozik materyallerin bozunma noktasının altında veya bu noktada, normal olarak 200 – 22000C arasında erimeli yada yumuşamalıdır. Odun unu termoplastik kompozitlerde dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır.
Termoplastik-lignoselülozik kompozitlerin prosesinde 2 ana strateji vardır. Birincisi lignoselülozik materyaller devamlı termoplastik matriksi içinde dolgu maddesi yada kuvvetlendirici madde olarak görev yapar, ikincisinde termoplastik lignoselülozik komponentler arasında yapıştırıcı görevi görür (Youngquist et al.1993, Anonim 1999). Bu malzemeler otomotiv endüstrisi, ev aletleri yapımında (makas sapı, fırça sapı, çiçek saksıları vb.), binalarda taşıyıcı olmayan elemanların yapımında; çatı örtüsü, pencere yapımında kullanılmaktadır (Anonim 1999, Clemons 2002).
2.1.3. Yüksek Termoplastik İçerikli Kompozitler
Yüksek termoplastik içerikli kompozitlerde termoplastik komponent sürekli matriks içindedir ve lignoselülozik komponent dolgu maddesi yada kuvvetlendirici olarak görev yapar. Güçlendirilmiş ticari olarak bulunabilir termoplastik kompozitlerin büyük çoğunluğunda inorganik materyaller (Ör.Cam, kıl ve minareller) güçlendirici yada dolgu maddesi olarak kullanılır. Bu maddelerin yerine lignoselülozik materyal kullanılmasıyla termoplastiklerin direnç ve termal stabilitesi, dolgu maddesi kullanılmışlara göre artar. Termoplastik kompozitlerin üretimi genellikle iki adımlı bir işlemdir. Hammaddeler önce birlikte karıştırılır ve sonra kompozit karışımı ürüne dönüştürülür.
Bu odunların birleşimi (kombinasyonu) Line – prossessing olarak adlandırılır ve hammaddelerin son ürüne dönüştüğü tek işlem adımlı olur. Hat prosesi isteklerin ve proses (girdi – çıktıların) (değişkenlerin) kontrolü nedeniyle çok güç olabilir.
Birleştirme (compounding), homojen bir materyal oluşturmak için erimiş termoplastiğin içine lignoselülozik komponentin verilmesi ve dağıtılmasıdır. Bu işlem boyunca çeşitli katkı maddeleri eklenir ve rutubet uzaklaştırılır.
Compounding (birleştirme, taslak oluşturma), batch mikserler (karıştırıcılar) (Örn. internal ve termokinetik karıştırıcılar) yada sürekli mikserler (karıştırıcılar) kullanılarak yapılabilir.
Batch sistem sürekli sisteme göre işlem süresini, sıcaklık ve kesimi (boyutlandırma) daha açık bir şekilde kontrolüne imkan verir. Bu sistem ayrıca işlem süresi kısa ve materyalde sıklıkla değişikliğin olduğu operasyonlar için daha uygundur. Diğer yandan sürekli sistemler batch sistemlerden (bilgisayar sistemleri) daha az operatör bağımlıdır ve guruptan guruba farklılıklar daha azdır.
Termoplastik-odun kompozitleri için en yaygın ürün biçimlendirme metotları birleştirilen termoplastik ve odun lifinden oluşan materyal hala kıvamlı, pelte halindeyken kalıplarda (soğuk şekillendiricilerde) şekillendirilir ve preslenir yada kompozit maddeler yüzü parlatılmış düzgün, dönen iki silindir arasından geçirilerek yada kalıpların arasında ısıyla ve preslenerek üretilir.
Odun plastik kompozitlerinin özellikleri değişkenlerin tipi, şekli, bileşimi meydana getiren parçaların ağırlıklarına, katkı maddelerinin tipine, proses sırasında meydana gelen olaylara vb. bağlı olarak büyük oranda değişim gösterir.
Odun plastik kompozitlerinin şok direnci dolgu maddesi kullanılmamış termoplastiklerle karşılaştırıldığında daha düşüktür ve bu kompozitler ayrıca rutubete karşı dolgu maddesi kullanılmamış kompozitlerden yada odun-inorganik madde kompozitlerinden daha duyarlıdır. Pratik açıdan bakıldığında yine de termoplastiğin kompozitte yaptığı sıcaklığa duyarlılık nedeniyle meydana gelen değişimler rutubet absorpsiyonu nedeniyle özelliklerinde meydana gelen değişimlerden daha önemlidir (Anonim 1999, 2004).Kaynakwh: Odun-Odun Dışı Malzeme Kompozitleri
2.1.4. Düşük Termoplastik İçerikli
Kompozitler
Düşük termoplastik içerikli kompozitler değişik yollarla üretilebilirler. En basit şekil, termoplastik komponent sıcaklıkla sertleşen reçinelerle aynı etkiyi gösterir ve bir yapıştırıcı gibi lignoselülozik komponentleri yapıştırır.
Deneylerle görülmüştür ki, düşük termoplastik içerikli yapılmış kompozitler, birçok performans karakteristiği açısından geleneksel lignoselülozik kompozitlere benzerlik göstermektedir. (Youngquist et al.1993, Anonim 1999, 2004)
Lignoselülozik yonga yada lifler, termoplastik parçalar (granüller, flakeler vb.) yada liflerle kuru bir şekilde harmanlanır ve preslenerek bir panele dönüştürülür. Termoplastik komponent sıcakken erimiş halde olduğu için sıcaklıkla sertleşen reçineler de kullanıldığından farklı presleme stratejileri kullanılmalıdır. Bu tip kompozitlere uygun olacak iki tip seçenek geliştirilmiştir. İlkinde, materyal sıcak prese uygun sıcaklıkta yerleştirilir. Sonra pres kapanır ve materyal sıkıştırılır ve ısı lignoselülozik materyal civarında akan mayi haldeki termoplastik komponentin erimesi için iletim yoluyla transfer edilir. Sonra pres soğutularak termoplastik dondurulur (kompozit presten taşınabilsin diye). Alternatif olarak materyal önce bir fırın yada sıcak preste ısıtılabilir. Bu sıcak materyal sonra soğuk prese taşınır ve burada materyal çabuk bir şekilde sıkıştırılıp soğutularak katı bir levha oluşturulur. Bazı ticari yapılarda kullanılan lignoselülozik-termoplastik kompozitleri bu yolla imal edilmektedir (Anonim 1999, 2004).
2.1.5. Dokunmamış (Nonwoven) Tekstil Tip Kompozitler
Termoplastiğin bir alternatif kullanımı tekstil lifi içindedir. Termoplastik tekstil lifi çeşitli lignoselüloziklerle birleştirilerek düşük yoğunlukta dokunmamış, keçe gibi bir dokuma oluşturur. Bu ürün kendi başına bir ürün olabildiği gibi, yüksek yoğunluktaki bir ürün içine de katılabilir.Kaynakwh: Odun-Odun Dışı Malzeme Kompozitleri
Yüksek ve düşük termoplastik içerikli kompozitlerin tersine dokunmamış tekstil tip kompozitler tipik olarak üretimlerinde uzun lifli materyal gerektirirler. Bu lifler jüt ve kenevirden elde edilebilirler ama genellikle sentetik termoplastik materyallerden elde edilirler.
Nonwoven, proses uygulamalarına bağlı olarak sentetik lifler ve lignoselülozik materyallerin daha geniş sınıflandırılmasına izin verir. Lifler kuru olarak karıştırılıp, harmanlandıktan sonra, sürekli bir hava sirkülasyonuna bırakılır, gevşek bir keçe haline dönüştürülür. Mekanik bir şekilde birbirine sıkıca bağlanmış bu düşük yoğunluktaki keçe kendi kendine bir ürün olabilir yada ikinci bir işlemle, kesilip sıcaklıkla sıkıştırılır (Youngquist 1993, Anonim 1999, 2004).
Düşük yoğunlukta termoplastik kullanılması ve üretim sonrası da önemli bir işlem kullanmaksızın mat (keçe)’lerin yoğunluğu 50-250 kg / m3 tür. Nonwoven teknolojisi kullanılarak yapılan kişisel bakım ürünleri, mendiller (kağıt mendil. Islak mendil vb.) ve diğer farklı ürünler tüketici piyasasında çok iyi bilinir. Bu ürünler yüksek kalitede kağıt hamuru ve emicilik özelliklerini arttırıcı katkı maddelerinden yapılır. Düşük yoğunluktaki nonwoven mat’lerin bir ilginç uygulaması da yeni yetiştirilmiş fidanların etrafındaki malçlardır. Bu keçeler doğal malçların özelliklerini (yararlarını) sağlarlar. Buna ek olarak gübrelerin kontrollü verilmesi (salıverilmesi), böcek kaçırıcılar, böcek öldürücü ilaçlar ve bitki (zararlı bitkilerle mücadele için kullanılan) ilaçları bu keçelere eklenebilir. Bu kimyasallara ek olarak silvikültürel gereklilikler temel alınarak fidanların yaşaması garanti altına alınabilir ve fidanların yetiştiği alanlarda, beslenme yetersizliği, hayvan zararı, böcek saldırısı ve yabani ot basması engellenmiş olur. Düşük yoğunluktaki nonwoven (dokunmamış) keçeler ayrıca ana yolların kıyılarında ve yeni yapılan evlerin etrafında yetişmiş çimen ve bozuk çimenlik alanların yerini alabilir. Çim tohumları direkt olarak keçenin içine yerleştirilebilir. Bu keçeler iyi rutubet tutma ve iyi tohum çimlenmesi özelliklerini arttırır. Bu keçeler aynı zamanda filtre olarak da kullanılabilirler.
Yüksek yoğunluktaki lif keçeler nonwoven prosesi kullanılarak yapılmış ve sonra sıcaklık ve basınçla katı, sert bir biçim verilmiş kompozitler olarak tanımlanabilir. İyi bir yapışmayı garanti etmek için lignoselülozik maddeler fenolformaldehit gibi sıcaklıkla sertleşen tutkallarla birleştirilebilir yada lignoselülozik lifler sentetik lif, termoplastik granüller yada bu materyallerin herhangi bir kombinasyonu ile karıştırılabilir. Yüksek yoğunlukta lif keçe (mat)’leri 0,60 – 1,40 g/cm3 yoğunluğa sahip ürünler oluşturacak şekilde preslenir.
Sıcaklıkla şekillendirildikten sonra bu ürünler iyi bir sıcaklık dayanımına sahip olurlar. Daha uzun lifler kullanıldığı için, bu ürünler, yüksek termoplastik içerikli kompozitlerden daha iyi mekaniksel özellikler gösterirler. Buna rağmen yüksek lignoselülozik içeriği rutubet hassasiyetinin artmasına neden olmaktadır (Anonim 1999, 2004).
KAYNAKLAR
ANONİM, 1999: Handbook of Wood and Wood Based Materials, Forest Products Labotatory, U.S.Department of Agriculture, Forest Service, Madison,WI 1999 [www.fpl.fs.fed.us(2004)].
CLEMONS, C., 2002: Wood-Plastic Composites in The United States, Forest Products Journal, Vol. 52, No. 6, ISSN:0015-7473.
GÜLLER, B., 2001: Odun Kompozitleri, SDÜ Orman Fakültesi Dergisi, Seri: A, Sayı:2, ISSN:1302-7085, Isparta.
MALONEY,T.M., 1986: Terminology and Products Definitions A Suggested Approch to Uniformity Worldwide. In Proceedings, 18 th International Union of Forest Research Organization World Congress, Yugoslavia.
MALONEY,T.M., 1996:The Family of Wood Composite Materials, Forest Products Journal, Vol:46, No:2, ISSN:
MALLICK,P.K., 1997:Composites Engineering Handbook, Marcel Dekker,Inc., Newyork USA,
MOSLEMİ, A., 1990: Inorganic Bonded Wood and Fiber Composite Materials, II. International Inorganic Bonded Wood and Fiber Composite Material Conference,Idaho USA.
YOUNGQUIST, J.A., MYERS, G.E., MUCHL, J.H., KRZYSIK, A.M., CLEMONS, C.M., 1993: Composites from rcycled Wood and Plastics, Final Rep. US. Environmental Protection Agency project, LAG DW 1293 4608-2, Forest Pro. Lab.Madison,US., 1993 .
Yazar : Bilgin GÜLLER (PhD) / Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü,
Malzeme Kompozitleri
Bilgin GÜLLER (PhD) /
Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi,
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, ISPARTA
1. GİRİŞ
Orman ürünleri endüstrisinde küçük partiküllerin, liflerin yada daha geniş parçaların yapıştırılmasıyla geliştirilmiş olan pek çok malzeme değişik isimlerle anılmaktadır. Farklı isimlerle anılan bu ürünlerin odun kompozitleri başlığı altında değerlendirilmesi son 10-15 yılı kapsamaktadır (Maloney 1986). Genel olarak, kompozit terimi farklı iki yada daha fazla materyalin değişik yapıştırıcılarla bir araya getirilerek oluşturulan malzemeleri ifade etmektedir (Mallick 1997). Odun kompozitleri ise odunsu materyalin odunsu bir materyal yada başka bir materyal ile yapıştırıcılarla birleştirilmesiyle elde edilen malzemeleri ifade eder Kompozitler yalnızca levha ürünlerini değil aynı zamanda kalıpla şekillendirilmiş ürünleri odun ve diğer malzemelerin kombinasyonu ile oluşturulan ürünleri de ifade etmektedir. Bu ürünler lif levhadan lamine malzemelere kadar geniş bir dağılım göstermektedir (Güller 2001).
Odun özellikleri türler arasında, aynı türe ait ağaçlar arasında ve aynı ağacın değişik kısımlarında farklılıklar gösterdiği için, masif odun özellikleri, prosesi kontrol edilerek özelliklerine müdahale edilebilen kompozit malzemelerin özelliklerinden farklıdır. Odun kökenli kompozitlerin özellikleri lif, yonga, kaplama vb. seviyesinde incelenir. Bu tür malzemelerin özellikleri üretim prosesindeki işlemlere müdahale edilerek (Bu elemanların kombinasyonları, kullanılan madde miktarı, işlem süreleri, tabakaların organizasyonu vb.) değiştirilebilir (Anonim 1999, 2004).
Kompozit malzemelerin mobilya endüstrisinde, inşaat sektöründe, iç ve dış mekanlarda çok geniş bir kullanım yelpazesi vardır. Bu ürünlerin özellikleri, hammadde odunun fiziksel şeklinde yapılan değişiklikler, levha yoğunluğu, kullanılan tutkalın cinsi ve miktarı, su ve yangına karşı dayanımı artırmak, ayrıca çeşitli çevresel etkilere karşı dayanımı arttırmak amacıyla eklenen maddeler ile geliştirilebilmektedir. Günümüzde bazı kompozit malzemeler birlikte gruplandırılarak (Örneğin, kontrplak, çeşitli yapı levhaları, lamine edilmiş ağaç malzeme, yongalevha, MDF vb.) “Engineered Wood Products (EWP)” olarak adlandırılmaktadır (Maloney 1996).
2. ODUN KOMPOZİTLERİNİN SINIFLANDIRILMASI
Odun kompozitleri ile ilgili literatürde değişik sınıflandırmalar yapılmıştır. Bunlardan yararlanılarak odun kompozitleri aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır (Güller 2001).
-Levha Ürünleri: Kontrplak, Kontrtabla, Yongalevha [Yongalevha (particleboard), Etiketli yongalevha(waferboard), Şerit yongalı levha (flakeboard), OSB (oriented strand board), Lif levha (MDF, HDF, İzolasyon levhası)
-Yapısal Kompozitler: Yapısal kompozit keresteler[PSL (Parallel Strand Lumber), LSL (L*****ted Strand Lumber), OSL (Oriented Strand Lumber), LVL (L*****ted Veneer Lumber), GLULAM (Glued L*****ted Timber)], Yapısal levha ürünleri [Yapısal kontrplaklar, yapısal flakeboardlar (waferboard, OSB)], Ahşap I kirişler, COM-PLY keresteler
-Mekanik Olarak Lamine edilmiş elemanlar
-Kalıplanmış Ürünler (Molded Products)
-Odun-Odun dışı Ürün Kompozitleri: Bağlayıcı olarak inorganik maddelerin kullanıldığı kompozitler (Alçılı levhalar,mağnezyum çimentolu levhalar,potland çimentolu levhalar), Odun lifi- termoplastik kompozitleri (Yüksek termoplastik içerikli kompozitler, düşük termoplastik içerikli kompozitler, dokunmamış tekstil tip kompozitler).
Bu makalede odun kompozitlerinin genel bir sınıflandırılması yapıldıktan sonra, odun-odun dışı ürün kompozitleri olarak adlandırılan malzemeler biraz daha ayrıntılı olarak aşağıda açıklanmıştır.
2.1. ODUN - ODUNDIŞI MALZEME KOMPOZİTLERİ
2.1.1. Bağlayıcı Olarak İnorganik Maddelerin
Kullanıldığı Kompozitler (Inorganic- Bonded
Composites)
İnorganik madde bağlayıcılı odun kompozitlerinin geniş bir tarihçesi vardır. Bunların ticari olarak üretimi 1914 yılında Avusturya’da başlamıştır. İnorganik madde bağlayıcılı odun kompozitleri, ağırlığının %10-70’i arasında odun yongaları yada liflerini ve bu orana bağlı olarak %90-30 arasında inorganik bağlayıcı içeren şekillendirilmiş ürünler veya levha ürünleridir.
İnorganik bağlayıcılı odun kompozitlerinin özellikleri odunsu materyal ve inorganik bağlayıcı maddenin yapısı ve miktarından önemli düzeyde etkilenir.
İnorganik bağlayıcılar 3 ana kategoriye ayrılır.
i. Alçı
ii. Magnezyum çimentosu
iii. Portland çimentosu
Alçı ve Magnezyum çimentosu rutubete karşı hassastır ve bunlarla üretilmiş levhalar genellikle iç maksatlarla kullanılır. Portland çimentosunun bağlayıcı olarak kullanıldığı kompozit levhaları alçı ve magnezyum çimentosu kullanılmış olanlara göre rutubete karşı daha dayanıklıdır ve hem iç hem de dış maksatlarla kullanılır. Bütün inorganik madde bağlayıcılı kompozitler böcek, yangın ve bakteri vb. zararlılara karşı dayanıklıdır.
Alçılı paneller genellikle iç duvarlarda ve tavan kaplaması olarak kullanılmaktadır. ABD’de bu ürünler genel olarak “kuru duvarlar” olarak adlandırılmaktadır. Direncini (eğilme) yüzey düzgünlüğünü arttırmak için bu levhalara kağıt kaplanmaktadır. Amerika ve Avrupa’daki bazı firmalar bu panellerin içinde geri dönüştürülen kağıt lifleri kullanmaktadır. Alçılı levhalar normalde alçı, su, lignoselülozik liften yapılır. Magnezyum çimentolu levhaların portland çimentolu ve alçılı levhalara göre fiyatının daha yüksek olmasına rağmen üretimde portland çimentoluya göre bazı avantajları vardır. İlki lignoselülozik materyallerin içerisindeki çeşitli şekerler magnezyum çimentosunun yapışma vb. işlemlerini daha az etkiler. İkincisi üretim boyunca magnezyum çimentosu yüksek su içeriğine daha dayanıklıdır. Magnezyum çimentolu levhalar suya duyarlı olarak kabul edilse de bu levhalar suya alçılı levhalara göre daha az duyarlıdır. Magnezyum çimentosunun başarılı bir uygulaması iç kısımlardaki tavan ve duvarlar için düşük yoğunluktaki panellerdir. Bu panel ürününün üretilmesinde, odun yünü (excelsior) düşük yoğunluktaki keçeye (mat) yayılır. Bu keçe magnezyum çimentosunun sulu solüsyonu püskürtülür, preslenir ve panellere kesilir. İnorganik madde – odun kompozitleri içerisinde en yaygın olan portland emdirilmiş kompozitlerdir. Portland çimentosu su ile birleştiğinde hemen hidrasyon adı verilen reaksiyona girer ve bu işlem sonunda katı, taş gibi bir kütleye dönüşür. Portland çimentolu kompozitlerin düşük yoğunlukta olanları odun yünü ile yüksek yoğunlukta olanları ise yonga veya liften yapılır.
Düşük yoğunluktaki ürünler iç kısımlarda tavanda ve duvar panelleri olarak kullanılır. Portland çimentolu panellerin ses izolasyonu da iyidir.
Yüksek yoğunluktaki levhalar ise yer döşemesi olarak, çatı örtüsü olarak, yangın kapılarında, yük taşıyıcı duvarlar, dekoratif çatı kiremitleri, preslenmemiş büzlerin yapımında (non- pressure pipes) kullanılır (Moslemi 1990, Maloney 1996, Anonim 1999).
2.1.2. Odun Lifi Termoplastik Kompozitleri
Lignoselülozik madde termoplastik kompozitlerinde kullanılan termoplastikler; polipropilen, polisiteren, viniller ve (düşük ve yüksek yoğunluktaki) polietilenler, akrilonitril-bütadien-sitiren dir (Youngquist et al.1993, Anonim 1999, Clemons 2002). Lignoselüloziklerle birlikte kullanmak üzere seçilen termoplastikler lignoselülozik materyallerin bozunma noktasının altında veya bu noktada, normal olarak 200 – 22000C arasında erimeli yada yumuşamalıdır. Odun unu termoplastik kompozitlerde dolgu maddesi olarak kullanılmaktadır.
Termoplastik-lignoselülozik kompozitlerin prosesinde 2 ana strateji vardır. Birincisi lignoselülozik materyaller devamlı termoplastik matriksi içinde dolgu maddesi yada kuvvetlendirici madde olarak görev yapar, ikincisinde termoplastik lignoselülozik komponentler arasında yapıştırıcı görevi görür (Youngquist et al.1993, Anonim 1999). Bu malzemeler otomotiv endüstrisi, ev aletleri yapımında (makas sapı, fırça sapı, çiçek saksıları vb.), binalarda taşıyıcı olmayan elemanların yapımında; çatı örtüsü, pencere yapımında kullanılmaktadır (Anonim 1999, Clemons 2002).
2.1.3. Yüksek Termoplastik İçerikli Kompozitler
Yüksek termoplastik içerikli kompozitlerde termoplastik komponent sürekli matriks içindedir ve lignoselülozik komponent dolgu maddesi yada kuvvetlendirici olarak görev yapar. Güçlendirilmiş ticari olarak bulunabilir termoplastik kompozitlerin büyük çoğunluğunda inorganik materyaller (Ör.Cam, kıl ve minareller) güçlendirici yada dolgu maddesi olarak kullanılır. Bu maddelerin yerine lignoselülozik materyal kullanılmasıyla termoplastiklerin direnç ve termal stabilitesi, dolgu maddesi kullanılmışlara göre artar. Termoplastik kompozitlerin üretimi genellikle iki adımlı bir işlemdir. Hammaddeler önce birlikte karıştırılır ve sonra kompozit karışımı ürüne dönüştürülür.
Bu odunların birleşimi (kombinasyonu) Line – prossessing olarak adlandırılır ve hammaddelerin son ürüne dönüştüğü tek işlem adımlı olur. Hat prosesi isteklerin ve proses (girdi – çıktıların) (değişkenlerin) kontrolü nedeniyle çok güç olabilir.
Birleştirme (compounding), homojen bir materyal oluşturmak için erimiş termoplastiğin içine lignoselülozik komponentin verilmesi ve dağıtılmasıdır. Bu işlem boyunca çeşitli katkı maddeleri eklenir ve rutubet uzaklaştırılır.
Compounding (birleştirme, taslak oluşturma), batch mikserler (karıştırıcılar) (Örn. internal ve termokinetik karıştırıcılar) yada sürekli mikserler (karıştırıcılar) kullanılarak yapılabilir.
Batch sistem sürekli sisteme göre işlem süresini, sıcaklık ve kesimi (boyutlandırma) daha açık bir şekilde kontrolüne imkan verir. Bu sistem ayrıca işlem süresi kısa ve materyalde sıklıkla değişikliğin olduğu operasyonlar için daha uygundur. Diğer yandan sürekli sistemler batch sistemlerden (bilgisayar sistemleri) daha az operatör bağımlıdır ve guruptan guruba farklılıklar daha azdır.
Termoplastik-odun kompozitleri için en yaygın ürün biçimlendirme metotları birleştirilen termoplastik ve odun lifinden oluşan materyal hala kıvamlı, pelte halindeyken kalıplarda (soğuk şekillendiricilerde) şekillendirilir ve preslenir yada kompozit maddeler yüzü parlatılmış düzgün, dönen iki silindir arasından geçirilerek yada kalıpların arasında ısıyla ve preslenerek üretilir.
Odun plastik kompozitlerinin özellikleri değişkenlerin tipi, şekli, bileşimi meydana getiren parçaların ağırlıklarına, katkı maddelerinin tipine, proses sırasında meydana gelen olaylara vb. bağlı olarak büyük oranda değişim gösterir.
Odun plastik kompozitlerinin şok direnci dolgu maddesi kullanılmamış termoplastiklerle karşılaştırıldığında daha düşüktür ve bu kompozitler ayrıca rutubete karşı dolgu maddesi kullanılmamış kompozitlerden yada odun-inorganik madde kompozitlerinden daha duyarlıdır. Pratik açıdan bakıldığında yine de termoplastiğin kompozitte yaptığı sıcaklığa duyarlılık nedeniyle meydana gelen değişimler rutubet absorpsiyonu nedeniyle özelliklerinde meydana gelen değişimlerden daha önemlidir (Anonim 1999, 2004).Kaynakwh: Odun-Odun Dışı Malzeme Kompozitleri
2.1.4. Düşük Termoplastik İçerikli
Kompozitler
Düşük termoplastik içerikli kompozitler değişik yollarla üretilebilirler. En basit şekil, termoplastik komponent sıcaklıkla sertleşen reçinelerle aynı etkiyi gösterir ve bir yapıştırıcı gibi lignoselülozik komponentleri yapıştırır.
Deneylerle görülmüştür ki, düşük termoplastik içerikli yapılmış kompozitler, birçok performans karakteristiği açısından geleneksel lignoselülozik kompozitlere benzerlik göstermektedir. (Youngquist et al.1993, Anonim 1999, 2004)
Lignoselülozik yonga yada lifler, termoplastik parçalar (granüller, flakeler vb.) yada liflerle kuru bir şekilde harmanlanır ve preslenerek bir panele dönüştürülür. Termoplastik komponent sıcakken erimiş halde olduğu için sıcaklıkla sertleşen reçineler de kullanıldığından farklı presleme stratejileri kullanılmalıdır. Bu tip kompozitlere uygun olacak iki tip seçenek geliştirilmiştir. İlkinde, materyal sıcak prese uygun sıcaklıkta yerleştirilir. Sonra pres kapanır ve materyal sıkıştırılır ve ısı lignoselülozik materyal civarında akan mayi haldeki termoplastik komponentin erimesi için iletim yoluyla transfer edilir. Sonra pres soğutularak termoplastik dondurulur (kompozit presten taşınabilsin diye). Alternatif olarak materyal önce bir fırın yada sıcak preste ısıtılabilir. Bu sıcak materyal sonra soğuk prese taşınır ve burada materyal çabuk bir şekilde sıkıştırılıp soğutularak katı bir levha oluşturulur. Bazı ticari yapılarda kullanılan lignoselülozik-termoplastik kompozitleri bu yolla imal edilmektedir (Anonim 1999, 2004).
2.1.5. Dokunmamış (Nonwoven) Tekstil Tip Kompozitler
Termoplastiğin bir alternatif kullanımı tekstil lifi içindedir. Termoplastik tekstil lifi çeşitli lignoselüloziklerle birleştirilerek düşük yoğunlukta dokunmamış, keçe gibi bir dokuma oluşturur. Bu ürün kendi başına bir ürün olabildiği gibi, yüksek yoğunluktaki bir ürün içine de katılabilir.Kaynakwh: Odun-Odun Dışı Malzeme Kompozitleri
Yüksek ve düşük termoplastik içerikli kompozitlerin tersine dokunmamış tekstil tip kompozitler tipik olarak üretimlerinde uzun lifli materyal gerektirirler. Bu lifler jüt ve kenevirden elde edilebilirler ama genellikle sentetik termoplastik materyallerden elde edilirler.
Nonwoven, proses uygulamalarına bağlı olarak sentetik lifler ve lignoselülozik materyallerin daha geniş sınıflandırılmasına izin verir. Lifler kuru olarak karıştırılıp, harmanlandıktan sonra, sürekli bir hava sirkülasyonuna bırakılır, gevşek bir keçe haline dönüştürülür. Mekanik bir şekilde birbirine sıkıca bağlanmış bu düşük yoğunluktaki keçe kendi kendine bir ürün olabilir yada ikinci bir işlemle, kesilip sıcaklıkla sıkıştırılır (Youngquist 1993, Anonim 1999, 2004).
Düşük yoğunlukta termoplastik kullanılması ve üretim sonrası da önemli bir işlem kullanmaksızın mat (keçe)’lerin yoğunluğu 50-250 kg / m3 tür. Nonwoven teknolojisi kullanılarak yapılan kişisel bakım ürünleri, mendiller (kağıt mendil. Islak mendil vb.) ve diğer farklı ürünler tüketici piyasasında çok iyi bilinir. Bu ürünler yüksek kalitede kağıt hamuru ve emicilik özelliklerini arttırıcı katkı maddelerinden yapılır. Düşük yoğunluktaki nonwoven mat’lerin bir ilginç uygulaması da yeni yetiştirilmiş fidanların etrafındaki malçlardır. Bu keçeler doğal malçların özelliklerini (yararlarını) sağlarlar. Buna ek olarak gübrelerin kontrollü verilmesi (salıverilmesi), böcek kaçırıcılar, böcek öldürücü ilaçlar ve bitki (zararlı bitkilerle mücadele için kullanılan) ilaçları bu keçelere eklenebilir. Bu kimyasallara ek olarak silvikültürel gereklilikler temel alınarak fidanların yaşaması garanti altına alınabilir ve fidanların yetiştiği alanlarda, beslenme yetersizliği, hayvan zararı, böcek saldırısı ve yabani ot basması engellenmiş olur. Düşük yoğunluktaki nonwoven (dokunmamış) keçeler ayrıca ana yolların kıyılarında ve yeni yapılan evlerin etrafında yetişmiş çimen ve bozuk çimenlik alanların yerini alabilir. Çim tohumları direkt olarak keçenin içine yerleştirilebilir. Bu keçeler iyi rutubet tutma ve iyi tohum çimlenmesi özelliklerini arttırır. Bu keçeler aynı zamanda filtre olarak da kullanılabilirler.
Yüksek yoğunluktaki lif keçeler nonwoven prosesi kullanılarak yapılmış ve sonra sıcaklık ve basınçla katı, sert bir biçim verilmiş kompozitler olarak tanımlanabilir. İyi bir yapışmayı garanti etmek için lignoselülozik maddeler fenolformaldehit gibi sıcaklıkla sertleşen tutkallarla birleştirilebilir yada lignoselülozik lifler sentetik lif, termoplastik granüller yada bu materyallerin herhangi bir kombinasyonu ile karıştırılabilir. Yüksek yoğunlukta lif keçe (mat)’leri 0,60 – 1,40 g/cm3 yoğunluğa sahip ürünler oluşturacak şekilde preslenir.
Sıcaklıkla şekillendirildikten sonra bu ürünler iyi bir sıcaklık dayanımına sahip olurlar. Daha uzun lifler kullanıldığı için, bu ürünler, yüksek termoplastik içerikli kompozitlerden daha iyi mekaniksel özellikler gösterirler. Buna rağmen yüksek lignoselülozik içeriği rutubet hassasiyetinin artmasına neden olmaktadır (Anonim 1999, 2004).
KAYNAKLAR
ANONİM, 1999: Handbook of Wood and Wood Based Materials, Forest Products Labotatory, U.S.Department of Agriculture, Forest Service, Madison,WI 1999 [www.fpl.fs.fed.us(2004)].
CLEMONS, C., 2002: Wood-Plastic Composites in The United States, Forest Products Journal, Vol. 52, No. 6, ISSN:0015-7473.
GÜLLER, B., 2001: Odun Kompozitleri, SDÜ Orman Fakültesi Dergisi, Seri: A, Sayı:2, ISSN:1302-7085, Isparta.
MALONEY,T.M., 1986: Terminology and Products Definitions A Suggested Approch to Uniformity Worldwide. In Proceedings, 18 th International Union of Forest Research Organization World Congress, Yugoslavia.
MALONEY,T.M., 1996:The Family of Wood Composite Materials, Forest Products Journal, Vol:46, No:2, ISSN:
MALLICK,P.K., 1997:Composites Engineering Handbook, Marcel Dekker,Inc., Newyork USA,
MOSLEMİ, A., 1990: Inorganic Bonded Wood and Fiber Composite Materials, II. International Inorganic Bonded Wood and Fiber Composite Material Conference,Idaho USA.
YOUNGQUIST, J.A., MYERS, G.E., MUCHL, J.H., KRZYSIK, A.M., CLEMONS, C.M., 1993: Composites from rcycled Wood and Plastics, Final Rep. US. Environmental Protection Agency project, LAG DW 1293 4608-2, Forest Pro. Lab.Madison,US., 1993 .
Yazar : Bilgin GÜLLER (PhD) / Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü,