Kompozit malzemeler geniş bir kullanım alanına sahip olup, çok değişik sektörlere girdi sağlamaktadır. Bu malzemeler yaşam alanlarımızın her yerinde insanlara modern ve çağdaş çözümler sunmaktadır. Bindiğimiz otomobilde ve toplu taşıma araçlarında, yaşadığımız binalarda, kentimizin alt ve üst yapısında, denizde, havada, savunmada, tarımda çok yönlü malzeme olarak sorunlara çözüm üretmektedir.

KOMPOZİT MALZEME;

DOĞAL OLARAK BULUNMAYAN, BELİRLİ BİR AMAÇ DOĞRULTUSUNDA BİR ARAYA GETİRİLEN BİLEŞENLERİNİN BİRBİRLERİ İÇİNDE ÇÖZÜNMEDİĞİ VE BİLEŞENLERİNİN HİÇ BİRİNİN TEK BAŞINA SAHİP OLMADIĞI ÖZELLİKLERE SAHİP OLAN BİR MALZEME OLMASI GEREKMEKTEDİR.

Kompozit malzemeler; belirli bir amaç doğrultusunda iki ya da daha fazla sayıdaki, aynı veya farklı tür malzemelerin özelliklerini, yeni ve tek bir malzemede toplamak için, bileşenlerin kendi sınırlarını koruyacak şekilde makro düzeyde birleştirilmesi ile oluşturulan yeni ve yapay malzemeler olarak tanımlanabilir. Kompozit malzemeler genelde düşük dayanıma sahip matris ana fazı ile bu faz içinde dağılmış takviye fazından meydana gelmektedir. Takviye ve matris fazları atomsal boyutta birleşmez, birbirleri içinde çözünmeyerek inert davranırlar.

Kompozit malzemelerin içyapıları incelendiğinde bileşenleri seçilip, ayırt edilebilir. Kompozit malzemeler makro ölçekte homojen özellikler gösterseler bile mikro ölçekte heterojen yapıya sahiptirler. Kompozit malzemeler mikroskobik açıdan homojen olan alaşımlardan bu bakımdan farklılık göstermektedir. Kompozitlerde takviye malzemesi olarak farklı morfolojilere sahip malzemeler kullanılmaktadır. Takviye malzemesinin kullanımındaki temel amaç; malzeme üzerine gelen yükün taşınması, matrisin rijitliğinin ve dayanımının arttırılmasının sağlanmasıdır. Kompozit malzeme içinde matrisin fonksiyonu ise, çoğu gevrek ve kırılgan olan takviye elemanlarını dış ve çevresel etkilere karşı korumak, kompozit malzeme üzerine gelen yükü takviye elemanlarına iletmek ve tüm kompozit yapıyı bir arada tutmak olarak sıralanabilir. Özetle bir malzemenin kompozit olarak nitelenebilmesi için; doğal olarak bulunmayan, belirli bir amaç doğrultusunda bir araya getirilen, bileşenlerinin birbirleri içinde çözünmediği ve bileşenlerinin hiç birinin tek başına sahip olmadığı özelliklere sahip olan bir malzeme olması gerekmektedir.

Günümüzde birçok alanda yaygın olarak kullanılan kompozit malzemelerin geçmişi sanılanın aksine 2. Dünya Savasına veya birkaç yüzyıl gerisine dayanmamaktadır. Kompozit malzemeler binyıllardan beri kullanılmakta ve ilk örnekleri antik çağlara kadar uzanmaktadır. Antik çağlardan beri insanlar kırılgan malzemelerin içerisine hayvansal veya bitkisel kaynaklı lifler ekleyerek bu kırılgan malzemeleri güçlendirmeye çalışmışlardır. Bunun bilinen en yaygın ve eski örneği kerpiçtir. Çamurun içine karıştırılan saman ve saplar bu malzemeye dayanım vermiş ve insanoğluna sağlam barınak yapma imkânı tanımıştır. İnsanoğlu zaman içinde kompozit malzemelerin getirdiği avantajların farkına varmış ve kullanım alanlarını yaygınlaştırmıştır. Savaş teknolojileri her zaman yeni malzemelerin sık kullanıldığı yerler olmuşlardır. Normal batılı yaylarda sıkça rastlanan, yayın belirli bir kuvvetten sonra kırılması problemini asmak isteyen Moğollar, yayın esneyen kısımlarında farklı lif yönlerine sahip hayvansal tendonlar kullanarak bu sorunu ortadan kaldırılmıştır. Kompozitlerin kullanımıyla ilgili eski bir örnek de Mısır’dan verilebilir. XVIII. Hanedan devrinden kalan farklı renk ve kalınlıktaki amforalar, daha M.Ö. 1600’lü yıllarda Mısır’da ince cam liflerinin yapıldığını ortaya koymaktadır.

Her ne kadar kompozit malzemeler antik çağlardan beri farklı amaçlara yönelik kullanılageliyor olsa da, bugün modern kompozitler olarak adlandırılan kompozitlerin yaygın kullanımının başlangıcı olarak OwensCorning firmasında çalışan bir mühendisin 1930 yılında tesadüf eseri keşfettiği fiberglasın, 1937’de Amerika Birleşik Devletleri’nde satışına başlanması gösterilebilir. Başlangıçta eriyik camın çekilmesiyle üretilen bu cam yünleri yalıtım malzemesi olarak kullanılsa da fiberglasın yapısal ürünlerde kullanımı çok gecikmemiştir.

1900’lerin basında ilk modern sentetik plastikler geliştirilmiş ve 1930’lara gelindiğinde plastik malzemeler diğer malzemeler ile boy ölçüşebilir düzeye erişmişlerdir. Plastikler, kolay şekillendirilebilmelerinin, yüksek yüzey kalitelerinin, korozyon dayanımlarının ve metallere oranla düşük yoğunluklarının getirdiği avantajlarla yükselişe geçmiştir. Ancak dayanıklılık ve sertliklerinin düşük olması plastik malzemelerin güçlendirilmesi gerekliliğini ortaya çıkartmıştır. Plastiklerin yapısal uygulamalarda zayıf kalmalarından ötürü güçlendirilmelerinin gerekliliği, keşfi aynı döneme rastlayan fiberglasın plastiklerle denenmesi için uygun ortamı yaratmıştır. Ortaya çıkan bu yeni malzeme özellikle havacılık endüstrisinin dikkatini çekmiştir. Çünkü birçok küçük ve girişimci uçak firması, birçoğu konvansiyonel malzemelerin sağlayamadığı özellikler sunacak yeni malzemelere ihtiyaç duyan farklı tasarımlar ve yenilikçi konseptler yaratmıştır. Örneğin Douglas firması ve OwensCorning Fiberglas firması ile ortaklaşa yürütülen çalışmalarda fenolikmatrisli ve fiberglas takviyeli kalıplar yapılmış ve başarıya ulaşılmıştır. Bu gelişmeyi fiberglas takviyeli kompozitlerin havacılık sektöründe farklı uygulamalar bulması takip etmiştir. 1936 yılına gelindiğinde, patenti alınan doymamış polyester matrisler kullanılabilir hale gelmiş ve hemen olmasa da nihayetinde fenolik matrislere kıyasla daha kolay küreleşebildikleri için tercih edilmeye başlanmıştır. 1938 yılında epoksinin keşfedilmesiyle birlikte daha yüksek performans gösteren matrisler kullanılabilir hale gelmiştir. Tüm bu süre içerisinde malzemelerdeki ilerlemelere paralel olarak uygulama alanları da genişlemiştir.

Gelişmekte olan kompozit malzemeler II. Dünya Savaşı’yla birlikte daha fazla uçak imal edilmesi ve kompozitlerin yapısal parçalarda kullanımının artmasıyla birlikte daha da hız kazanmıştır. Yine aynı dönemde fiberglas takviyeli teknelerin ilk örneklerine rastlanmaktadır. 1940’ların sonları ve 1950’lerin başları filament sarma, pultruzyon, vakumla kalıplama ve el-yatırma metodunu hızlandıran püskürtme tekniklerinin ilk kez denendiği, yenilikçi üretim yöntemlerinin de tohumlarının atıldığı bir dönemdir. Hücre yapılı çekirdekleri olan sandviç yapılar, ateşe dayanıklı kompozitler ve prepreg malzemeler yine II. Dünya Savası sırasında geliştirilmiştir.

Savaş sırasında malzeme üretimi yapan firmalar savaşın bitmesiyle ani ve büyük bir sorunla karşı karşıya kalmıştır. Bu firmalar savaş sırasında geliştirdikleri ekspertizden yararlanabilecekleri yeni pazarlar ve ürünler tanımlamak zorunda kalmıştır. Bazı firmalar akla gelen birçok ürünü ya da parçayı kompozit malzemeden üretmeyi denemiş, kimi fiberglas üreticileri de bu tarz firmaların geliştirdiği yeni projelerinin ekipman masraflarını karşılayarak, geliştirme maliyetlerinin düşmesi için destek olmuştur.

Fiberglas destekli tekneler gibi bazı savaş odaklı uygulamalar, doğrudan ticari uygulamalara dönüştürülmüş, 1948 yılı itibariyle binlerce ticari tekne üretilmiştir.

II. Dünya Savası sırasında arka planda kalan otomobil endüstrisinin kompozit uygulamalar için uygun olduğu kısa sürede keşfedilmiş, 1947 yılında gövdesi tamamen kompozitten yapılmış bir otomobil üretilmiş ve test edilmiştir. Makul ölçüde başarılı sayılan bu deneme, 1953 yılında çıkacak, matris malzemesinin önceden şekillendirilmiş fiberglaslara emdirilerek metal kalıplarda kalıplanması ile üretilecek olan ChevroletCorvette’in geliştirilmesine değin en başarılı örnek olarak kabul edilmiştir. Savaş sonrası dönemde üretilen bazı ürünler artık kompozitlerin ana pazarları haline gelmiştir. Korozyona uğramayan borular, depolama kapları, depolar ve mobilyalar gibi bilinen örneklerin yanında eğlence ve sinema sektöründe de farklı amaçlarla kompozit malzemeler kullanılmıştır.

1950’lerde başlayan uzaya çıkma yarışı, 1960’larda kompozitlerin gelişiminin artmasıyla iyice hız kazanmaya başlamıştır. Filament sarma yöntemi ile küçük roket motorlarının yapılması, uzay yarışının kalbini oluşturan büyük roket motorlarının yapılmasına temel oluştursa da, yüksek hassasiyette filament sarabilen makinelerin geliştirilmesine kadar önemli ölçüde gelişme kaydedilememiştir.

Kompozitlerin popülerliğini daha da arttıracak olan karbon lifi patenti (deneysel de olsa) 1961 yılında A.Shindo tarafından alınmış olsa da, ticari olarak ilk karbon fiberi üreten, yıllar sonra İngilizler olmuştur. Bu fiberler sayesinde çok hafif parçalar yüksek mukavemette üretilebilir ve uzay sektörünün beklediği özellikleri karşılayabilir hale gelmiştir. 1965 yılında bor fiberler ve 1971 yılında DuPont firmasının kullanıma sunduğu, ticari ismi Kevlar olarak bilinen aramid fiberler kompozit sektöründeki diğer önemli gelişmelerdir. Yüksek molekül ağırlıklı polietilen fiberler 1970’lerin başlarında üretilmiş, bu yüksek performanslı fiberler, fiberglas ve karbon fiberle birlikte spor ekipmanları, tıbbi gereçler, zırh uygulamaları, uzay endüstrisi ve daha birçok alanda hayret verici bir gelişime ön ayak olmuştur. Matris malzemelerindeki gelişmeler de, kompozit pazarında, özellikle de yüksek sıcaklık ve korozyon dayanımı gerektiren uygulamaların artmasına önemli katkıda bulunmuştur.

Askeri amaçlar için geliştirilen kompozit malzemelerin getirdiği avantajlar ortada olmakla birlikte, bu malzemelerin üretimindeki güçlük ve yüksek maliyetler, kompozit malzemelerin gelişiminin 1960’lı yıllara kadar sadece özel amaçlara yönelik uygulamalarla sınırlı kalmasına sebep olmuştur. 60’lardan sonra kompozit malzemeler üzerine yapılan düzenli araştırmalar ve alanı geliştirme çabaları, daha dayanıklı ve sağlam ama aynı zamanda daha hafif malzemelere ihtiyaç duyan başta havacılık, otomotiv, denizcilik, enerji ve inşaat sektörleri olmak üzere spor malzemeleri ve ev eşyaları gibi alanları kompozit malzemelerle tanıştırmıştır. Zaman içinde üretim teknolojilerindeki gelişmeler, ucuzlayan hammadde maliyetleri ve kompozit malzemeler hakkında artan teknik bilgiler, kompozit malzemelerin kullanımını daha da yaygınlaştırmıştır.

Bugün kompozit sektörü alabildiğine genişlemiştir. Elektrik ve elektronik sektöründe, elektriksel yalıtım özellikleri açısından tercih edilen kompozit malzemeler, televizyon parçaları, dikiş makineleri, saç kurutma makineleri hatta masa ve sandalye gibi gündelik hayatta sıklıkla kullanılan ürünlerde de kullanılmaktadır. Otomotiv endüstrisinde de kaporta, motor elemanları, kabin içi parçalar, fren diskleri, tampon ve lastikler gibi birçok yerde kullanılan kompozitler, inşaat sektöründe esnek ve kolay tasarım özelliği, yüksek yalıtım kapasitesi, nakliye ve montajda getirdiği avantajlar sayesinde soğuk hava depoları, paneller, inşaat kalıpları, cephe korumaları gibi çok çeşitli alanlarda tercih edilmektedir. Şehircilikte özellikle çevresel etkenlere dayanımı açısından elektrik direkleri, heykel, banklar, gişeler, kabinler, büfeler ve otobüs durakları gibi birçok kompozit malzemeler konvansiyonel malzemelere ciddi rakip olmaktadır. Kompozit sektöründe halen inşaat ve taşımacılık (hava ve kara) ilk sıralarda yer alırken uzay sektörünün geride kalmasının sebebi, değer olarak büyük de olsa adet bazında üretimin diğer sektörlere göre oldukça düşük olmasıdır. Kompozit malzemeler, performans ölçütünün önemli olduğu birçok ürün ve alanda pazar paylarını arttırmayı sürdürmektedir.Kompozit sektörü, Türkiye’de, Avrupa ve dünya büyüme oranlarının üzerinde bir büyüme göstermektedir.

Kompozit sanayinin son yıllarını özetlersek:
Kompozit pazarı, hacim olarak (Çin’in ekonomik gelişmesine paralel olarak) en fazla Çin’de gelişme göstermiştir. Bunun yanı sıra Amerika, Almanya, Japonya, Fransa ve İtalya gibi ülkelerde halen ciddi pazar potansiyeli mevcuttur.

• Uzay ve Havacılık sektörünün kompozit kullanım oranı hızlı bir artış göstermiştir.
• Rüzgar Enerjisi üretim ekipmanlarında kompozit kullanımındaki hızlı artış, bu sektörü kompozit sektörleri içerisinde üst sıralara taşımıştır.
• Otomotiv sektöründeki kullanım, tüketici istekleri doğrultusunda şekillenerek artışına devam etmiştir.
• Termoplastiklerin gelişme hızı termosetlere oranla daha fazla olmuş ve termoplastikler toplam kompozit pazarı içerisindeki paylarını arttırmayı başarmışlardır.
• Enjeksiyon proseslerinin, el yatırması tekniklerine olan oranı her geçen gün artmış ve el yatırması teknikleri daha ziyade büyük parçaların üretimleri ile sınırlı kalmaya başlamıştır.

Kompozit Malzeme; ortam koşullarına dayanıklı, esnek ama yeterli mekanik dayanıma sahip olmayan plastik ve/veya polyester matriks reçine ile yüksek mekanik dayanımlı takviye edici cam, karbon ve/veya aramid elyafının bir araya getirilmesi ile elde edilen üstün nitelikli bir mühendislik malzemesidir. Kompozit malzemelerin üç ana elemanı bulunmaktadır. Bunlar:

1. Matris: Termoset veya termoplastik polimer malzeme olarak sürekli fazı oluşturur. Termosetler grubunda ağırlıklı olarak polyesterler kullanılır. Bunun yanı sıra vinil ester /bisfenol, epoksi reçine ve fenolik reçinelerin kullanımı da giderek yaygınlaşmaktadır.             Termoplastik grubunda yaygın olarak poliamid ve polipropilen kullanımını görmekteyiz (yaklaşık % 68.3), bunların yanı sıra hibrid formda polietilen ve polibutilentereftalat, polietereterketon ve polietersulfon kullanımı da dikkat çekmektedir.

2. Takviye: Aramid, karbon, grafit, boron, silisyum karbür (SiC), alümina, cam ve polietilen malzemelerin kısa veya uzun devamlı elyaf formunda kullanıldığı ve matris yaklaşık % 60 hacim oranında pekiştirici işlevi olan malzemelerdir.

Her kompozitte genellikle matris ve takviye malzemesi bulunur. Bu malzemeler birbirlerinden farklı fiziksel özelliklere sahipler ve bir araya getirilmeleri ile oluşan kompozit malzeme her ikisinden farklı özelliklere kavuşur. Genel olarak takviye malzemesi taşıyıcı görev üstlenir ve etrafında bulunan matris faz ise onu bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar. Genel olarak Tablo 2’de Kompozit Malzemelerin Yapısı verilmiştir. Tabloda matris yapısı, takviye malzeme ve kompozit yapının şekli yer almaktadır.

Tablo 2. Kompozit Yapısı

Kaynak: Ayhan Enşici, İTÜ Mimarlık Fakültesi(Türkiye Kompozit Raporu,2006)

Yoğun Olarak Kullanılan Matrisler ve Genel Özellikleri:
Polyester: Özellikle denizcilik ve inşaat alanında en çok kullanılan termoset reçinedir.
Kompozit malzemelerde kullanılan 2 tür polyester reçine vardır; daha ekonomik olan ortoftalik ve suya dayanım gibi daha iyi özelliklere sahip olan isoftalik polyester. Polyester reçinelerini polimerizasyon süreçlerinin tamamlaması için katalizör ve hızlandırıcı olarak adlandırılan ek maddelere ihtiyaç duyarlar.

Epoksiler: havacılık, spor, ulaşım, askeri ve deniz araçları elemanları gibi geniş kullanım alanına sahiptirler. Avantajları iyi mekanik özellikler, suya dayanım, ıslakken 140ºC, kuruyken 220ºC ‘ye kadar ısı dayanımı ve sertleşme sırasında düşük oranda çekme; dezavantajları ise yüksek maliyet(5 – 25 $/ kg) cilde aşırı zararlı ve doğru karışımın hayati bir önemi olmasıdır.

Vinil ester: Son derece yüksek kimyasal ve çevresel dayanıma sahip ve polyesterden
daha yüksek mekanik özelliklere sahip olmasına karşın aşırı sitiren içermesi, polyesterden daha pahalı olması(4-7$/kg),iyi özellikler için ikincil kür işlemlerine ihtiyaç duyulması ve sertleşme sırasında yüksek oranda çekmesi gibi olumsuz özellikleri de vardır.
Bismaleimid (BMI): Uçak motorlarında ve yüksek ısıya maruz kalan parçalarda kullanılır. Son derece yüksek ısı dayanımının yanı sıra (yaşken 230°C, kuru halde 250°C) çok yüksek maliyeti(80 $/kg) vardır.

Fenolikler: Ateşe dayanım ihtiyacı olan yerlerde kullanılır. Kür işleminin buharlaşma
özelliği hava boşlukların oluşmasına ve yüzey kalitesinin düşmesine neden olur. Uçakların iç bölümlerinde, deniz araçlarının motorlarında ve demiryollarında kullanılır. Avantajları Yüksek ateş dayanımı, düşük maliyet (4 – 8 $/kg);dezavantajları ise yaş halde son derece zararlı, oldukça kırılgan ve düşük yüzey kalitesine sahip olmasıdır.

Silikon: yüksek ateş dayanımı, yüksek ısılarda ürün özelliklerini koruyabilme ve düşük
maliyete sahiptir (30 $/kg’ dan az) Fakat kür işlemi için yüksek ısı gereklidir.

Cynate Ester: Esas olarak uçak endüstrisinde kullanılır. Mükemmel yalıtkanlık özelliğine sahiptir. Yaş durumda 200ºC’ ye kadar dayanımı vardır.

Poliimidler: Isısal özellikleri yanında mekanik özellikleri de yüksek olan poliimidler termoplast, termoset, alaşım ve sıvı halde bulunan pahalı bir plastik grubudur.
Uzay-havacılık (jet motoru), otomotiv, askeri (füze kablo yalıtımı), elektronik (fotokopi, bilgisayar parçası) ve çevre koruma; termal ve elektriksel yalıtma malzemeleri ve yanmaz kumaşlarda kullanılır.

Poliüretan: Poliüretan esaslı kompozit malzemeler tasarım esnekliği, kolay üretim, hafiflik, dayanıklılık, ısıl ve elektriksel yalıtım, çarpışmalarda enerji sönümleme ve korozyona dayanıklılık gibi faydalı özelliklerinden dolayı ayakkabı, makine sanayi, kaplamalar, boyalar, sert izolasyonlar, termoplastikler, köpükler ve medikal cihazlar gibi birçok endüstriyel alanlarda kullanılmaktadır. Özellikle farklı poliol kaynakları kullanılarak poliüretanların yapısal özellikleri kolayca istenilen yönde değiştirilebilir. Bilinen yenilenebilir kaynakların pek çoğu poliüretan sentezi için uygun hidroksil üniteleri bulunduran doğal poliol yapılarıdır. Hidroksil içermeyenler ise basit işlemler ile kolayca bu formasyona dönüştürülebilir. Bu sayede yenilenebilir kaynaklar ya kolayca poliüretan matriks üretiminde ya da farklı polimerik yapılara güçlendirici katkı maddesi olarak kullanılmışlardır. Özellikle katkı maddesi olarak kullanımlarında yenilenebilir katkı maddesi yapısındaki fonksiyonel gruplar ile matriks yapısı arasında olan etkileşimler oldukça yüksek olduğu için diğer katkı türlerine göre daha üst özellikler elde edilir. Özellikle karbohidratlar, proteinler ve bitkisel yağlar gibi polar karakterdeki yenilenebilir doğal ürünlerin katkılanması ile yüksek mekanik etkilere ve aşınmaya karşı dayanaklı kompozitler üretilebilir.
Kompozit malzemelerde kullanılan başlıca elyaf türleri;

 Cam elyafı: Cam elyafı silika, kolemanit, alüminyum oksit, soda gibi cam üretim maddelerinden üretilmektedir. Cam elyafı, elyaf takviyeli kompozitler arasında en bilinen ve kullanılandır. Cam elyafı özel olarak tasarlanmış ve dibinde küçük deliklerin bulunduğu özel bir ocaktan eritilmiş camın itilmesiyle üretilir.

Karbon: (Graphite) elyafı, (PAN -polyacrylonitrile- ve zift kökenli):Karbon elyafı ticari olarak ilk defa 1800’lerin sonlarında, akkor lamba teli (flamenti) elde etmek amacıyla pamuk ve bambu lifinin karbonizasyonuyla elde edilerek kullanılmıştır. Takviye malzemesi olarak kullanımı ise, 1950’lerin sonlarında roket parçası üretimi için olmuştur. Karbon elyafları çok yüksek ısıl işlem uygulandığında elyaflar tam anlamıyla karbonlaşırlar ve bu elyaflara grafit elyafı denir. Günümüzde ise bu fark ortadan kalkmaktadır. Artık karbon elyafı da grafit elyafı da aynı malzemeyi tanımlamaktadır. Karbon elyafı epoksi matrisler ile birleştirildiğinde olağanüstü dayanıklılık ve sertlik özellikleri gösterir.

Karbon fiber üreticileri devamlı bir gelişim içerisinde çalışmalarından dolayı karbon elyaflarının çeşitleri sürekli değişmektedir. Karbon elyafının üretimi çok pahalı olduğu için ancak uçak sanayinde, spor gereçlerinde veya tıbbi malzemelerin yüksek değerli uygulamalarında kullanılmaktadır.

Aramid: (AromaticPolyamid) elyafı,(Ticari ismi; Kevlar-DuPont):Aramid elyafı piyasada daha çok ticari isimleri Kevlar (DuPont) ve Twaron (Akzo Nobel) olarak bilinmektedir. Farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için birçok farklı özelliklerde (yüksek dayanıklılık, yüksek darbe dayanımı, yüksek aşınma dayanımı, yüksek yorulma dayanımı, syüksek kimyasal dayanımı), kevlar elyaflı kompozitler cam elyaflı kompozitlere göre aramid elyafı üretilmektedir.

Bor elyafı: Bor elyaflar aslında kendi içlerinde kompozit yapıdadırlar. Çekirdek olarak adlandırılan ince bir flamanın üzerine bor kaplanarak imal edilirler. Çekirdek genellikle Tungstendir. Karbon çekirdek de kullanılabilir ancak bu yeni bir uygulamadır. Bor Elyafı, Çekme dayanımı YM (Yüksek Mukavemet) sınıfından karbon elyafına eşdeğerdir. Ayrıca Bor elyafın basma mukavemeti ise karbonun yaklaşık iki katıdır.

Sadece bu örnek bile Bor elyafının ne kadar önemli bir malzeme olduğunu anlatmaya yeterlidir. Diğer taraftan Bor elyaf diğer bütün elyaf türlerinden daha pahalıdır, mesela günümüzdeki fiyatı karbon elyafının altı katı civarındadır ki bu durum şimdilik kullanımı kısıtlamaktadır. Yüksek maliyet sebebiyle Bor elyafı şimdilik, niteliğin fiyattan daha önemli olduğu iki alanda kullanılmaktadır; Havacılık ve uzay sanayii ve Spor malzemeleri sanayii.

Kompozit malzemeler; genel itibariyle kendini meydana getiren malzemelerin en iyi özelliklerini yansıtacak şekilde biçimlendirilirler. Bu nedenle; hafiflik ve yüksek mukavemet istenen yerlerde metaller yerine kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Kompozit malzemeler oluşturularak daha yüksek mukavemet, daha iyi rijitlik, daha iyi korozyon ve aşınma direnci, hafiflik, yüksek yorulma ömrü, ve ısıya dayanıklılık gibi özellikler kazandırılabilir. Doğada tüm bu özellikleri doğrudan karşılayabilecek bir ürünün varlığından bahsetmek pek mümkün değildir. Bu sebeple kompozit malzeme üretilirken ihtiyaca yönelik olarak ürün özellikleri arttırılır. Bu şekilde; uygun kompozit malzemeler kullanılan matriks ve fiberin özelliklerini taşıyacak şekilde elde edilebilir.

İstenilen özelliklerde ve biçimde kompozit malzeme üretimi için birçok yöntem bulunmaktadır.

Kompozit malzemeler; maliyetlerin düşürülmesi, verimliliğin arttırılması veya ürüne ilişkin sorunlara çözüm getirilmesi sayesinde çok çeşitli iş alanlarında artan bir kullanma sahiptir. Bindiğimiz otomobilde ve toplu taşıma araçlarında, yaşadığımız binalarda, kentimizin alt ve üst yapısında, denizde, havada, savunmada, tarımda çok yönlü malzeme olarak sorunlara çözüm üretmektedir. Dolayısıyla bu çerçevede kompozit malzemelerin ilişkide olduğu sektörlerin genel bir sınıflandırması aşağıda verilmektedir.

Kompozit malzemelerin dünya ölçeğinde dağılımı hacim ve değer olarak farklılık göstermektedir. Uzay ve havacılık ile rüzgar enerjisi sektörleri değer olarak pazarda ön sıralarda yer alırken hacim olarak ise alt sıralarda yer almaktadır. Bunun nedeni, bu sektörlerdeki kompozit ürünlerin ortalama fiyatlarının diğer sektördekilerden daha yüksek olmasıdır. Tablo 4’de kompozit malzemelerin sektörlere göre hacim olarak dağılımını detaylı görmek mümkündür.

Kompozit Malzemelerin Sektörlere Göre Hacim Olarak Dağılımı (%)

Kaynak: CompositesTurkey, Mart 2016 Sayı:12

Kompozit Sektöründe Çevre Politikalarının Önemi
Sanayileşme sürecindeki ülkelerde gelişmiş ve gelişmemiş ülkelere oranla daha çok çevre kirliliği oluşmaktadır. Artan tüketim talebini karşılayabilmek için daha çok üretim yapılması bir yandan sanayiden daha fazla miktarda kontrolsüz katı, sıvı ve gaz atık oluşmasına öte yandan tüketicilerden başta ambalaj materyali olmak üzere daha fazla miktarlarda katı atık oluşmasına neden olmaktadır. Kirlenen çevrenin temizlenmesi kirletilmesinin önlenmesine göre çok daha zor ve pahalı bir uygulamadır. Bu nedenle son zamanlarda sanayide “temiz üretim” felsefesi benimsenmeye başlamıştır.

Günümüzde gerek kanun ve yönetmelikler gerekse tüketici baskıları sanayide çevresel uygulamaları zorunlu kılmaya başlamıştır. Benzer şekilde uluslararası veya ulusal çabalar vasıtasıyla değişen düzenlemeler tüketicilerin çevre yönelimli inovasyonlara olan farkındalığı artırmakta ve ürüne olan arzı tetiklemektedir.

Bugün birçok sektörün malzeme sağlayıcısı olan kompozit sektörü de tüm gelişmelerden doğrudan etkilenmektedir. Bu bağlamda kompozit pazarını etkileyen veya etkileyecek önemli unsur yeni ürün ve süreçlerin, müşteri ve işletmeye değer sağlamasının yanında çevresel etkileri önemli ölçüde azaltmalarıdır. Böylece elde edilen ürünler için Eko-inovasyon sağlanmış olur.

Eko-inovasyonun en güzel örneklerinden birini otomotiv sektöründe görmek mümkündür. Karbon salınımlarını azaltmak otomotiv sektörünün önceliği haline gelmektedir. Bunun için en basit yöntem daha hafif araçlar üretmek olarak görünmektedir. Bir otomobilin ağırlığındaki %10 düşüş %5 ila %7 arası yakıt tasarrufu sağlayabilmektedir. Buna bağlı olarak herhangi bir otomobilden sağlanan her 1 kg. tasarruf 25,3 kg. karbondioksit salınımını azaltmaktadır. Bu da otomotiv sektöründeki benzin maliyetlerini düşürmek için daha hafif araçlar yapma gerekliliğini getirmiştir. Bu nedenle sektörde dayanıklı kompozit malzemeler, metal malzemelerin yerine tercih edilmektedir. Bu ihtiyaç, kompozit sektörün gelişimine büyük katkı sağlamıştır.

Otomotiv sektöründe beklenen eko inovasyon aslında kompozit sektörünü de doğrudan etkilemiştir. Kompozit malzemeyi üretirken de mevcut çevre kanunları, İş sağlığı ve güvenliği, müşteri talebi, pazarlar, ürün kalitesi ve çeşitliliği gibi eko inovasyonun tetikleyici skalalarından etkilenilmektedir.

Eko inovasyonun kompozit sektörü için getirdiği çevresel yükümlülüklerin dışında sektörün geçmişten bugüne karşılaştığı belli başlı çevresel sorunlar, atıkların yok edilmesi veya geri kazanılmasıdır. Bu konuda bir takım çalışmalar yapılmaktadır. Fakat bütüncül yaklaşılmaması ya da koordinasyon eksikliğinden ötürü köklü bir çözüm sağlanamamıştır. Avrupa Birliğine uyum süreci çerçevesinde yapılan son düzenlemelerde, endüstriyel katı atıkların tasnifinde tehlikeli atık sınıfına sokulan kompozit sektörü için acilen çözüm üretilmesi gerekmektedir.

Sektörün Küresel Ölçekte Durumu ve Değer Zinciri Boyunca Ticari Büyüme

Başta uçak sanayi olmak üzere 10’dan fazla sektörde kullanılan kompozitler, geleceğin malzemeleri olarak nitelendiriliyor. Cam ve karbon elyaf reçinenin birleşiminden oluşan kompozitlerin en büyük özelliği ise seçilen malzemenin niteliğine göre sonsuz yeni malzemeler elde ediliyor olması.

Kaynak: Kompozit malzemelerin Dünya’da sektörel dağılımı (Kompozit Sanayicileri Derneği)

Kompozit pazarı hacimsel olarak Çin’in ekonomik gelişmesine paralel olarak en fazla bu ülkede gelişme göstermiştir. Uzay ve Havacılık sektörünün kompozit kullanım oranı hızlı bir artış göstermiştir. Rüzgar Enerjisinin kompozit kullanımındaki hızlı artış bu sektörü kompozit sektörleri içerisinde üst sıralara taşımıştır.

Yeni Kullanım Alanlarına Kompozit Malzemelerin Girmesi
Birçok sektörün (havacılık ve uzay, otomotiv ve taşımacılık, denizcilik, yapı sektörü, tüketim malları ve spor ekipmanları, askeri uygulamalar, ev aletleri, elektronik eşyalar, tarım, gıda ve korozyona dayanıklı ürünler) malzeme sağlayıcısı olan kompozit sektörünün pazar hacminin artması düşünülmektedir. Son yıllarda kompozitler için yeni uygulama alanlarından biri konstrüksiyon sektörüdür. Bu sektördeki özel gereksinimler pek çok fırsat sunmaktadır.

Teknolojik Yenilik Talepleri:
Maliyet azaltıcı, verimlilik ve hızı artırmak için yeni malzeme ürün ve prosesleri geliştirmek. Kompozit sektörü için gerekli otomasyon ve seri üretim teknolojilerinin/makinelerinin geliştirilmesi.

Tüketici Beklentilerindeki Artış:
Kompozit sektörü birçok sektörün tedarikçisi konumundadır. Kompozitlerin kullanıldığı sektörlerin farklılık göstermesi tüketici beklentilerini çeşitlendirmektedir. Örneğin otomotiv sektöründe yakıt verimi yüksek araç talebi, CO2emisyonazaltımı, artan yolcu güvenliği talepleri, estetik özellikleri gibi talepler kompozit sektörüne olan ihtiyacı artırmaktadır. Dolayısıyla pazar hacminin artmasını sağlamaktadır.

Çevresel Yaptırımlar ve Uygulanan Standartlar:
Günümüzde artan sanayileşme ile birlikte çevresel uygulamalar doğru orantılı olarak artırılmaya çalışılmaktadır. Çünkü sanayileşmenin sahip olduğu çevre kirliliği potansiyelinin gerek üretim sürecinde gerek sonrasında önüne geçerek azaltılması gerekmektedir. Bugün ABD ve birçok Avrupa ülkesi üretimleri için CO2 emisyonunda kısıtlamalar getirmişlerdir. Bu durum her sektörü olduğu gibi kompozit sektörünü de doğrudan etkilemektedir. Ayrıca emisyonların azaltılması yönünde yeni çevreci ürünlerin geliştirilmesinde günümüzde oldukça popüler konuma gelmiştir. Bu durum kompozit sektörünüde doğrudan etkilemektedir. Örneğinresmi CO2emisyon standartlarını karşılamak için her şeyden önce hafifletilmiş konstrüksiyon çözümleri taşımacılık sektöründe üzerinde en çok durulan konulardan birisidir.

Sektörlere farklı standartların kullanılması daha önce keşfedilmemiş uygulama alanlarının kompozit malzemelere uygulanması konusunda yeni fırsatlar sunmaktadır. Fakat çevresel açıdan sektörü sınırlayıcı olan unsur kompozit katı atıklarının berterafı ve geri dönüşüm çözümlerinin yeterli olmamasıdır

Kompozit Malzeme ve Üretim Maliyetleri:
Kompozit malzemelerin üretim maliyetlerinin daha da düşürülmesi için yeni üretim teknikleri üzerinde çalışmalar devam etmektedir.

Pazarda Fırsat Yaratan Trendler
Kompozit malzemeler piyasada yerini almış olmasına rağmen yeniliklerin devam etmesine ihtiyaç vardır. Bu nedenle endüstriyel liderler yeni ürünler geliştirmeye devam ediyor. Teknoloji tedarikçileri de hızlı üretim, düşük enerji kullanımı ve daha az atık madde üretimi üzerinde yeni geliştirmeler yapıyor.

Ağırlık azaltma ve maliyet düşürme en popüler iki başlıktır. Inovasyondaki büyük eğilimler bireysel bazda sektörleri de etkilemektedir.

Araç endüstrisinde daha hafif araçlar elde edebilmek için BMW, Mercedes, Ford ve GM’yi karbon kompozit kullanıma itmiştir. Rüzgar enerjisi teknolojisinde de tek parça ya da modüler kanat için artan bir eğilim vardır.

Uzay- Hava teknolojisinde de birçok eğilim bulunmaktadır.
Makine üreticileri özellikle kompozit malzeme alanında geleceğin anahtar trendleri konusunda önemli çalışmalar yapmaya ve işbirlikleri geliştirmeye devam etmektedirler. Bu nedenle özellikle taşımacılık ve havacılık endüstrilerinde çok disiplinli büyük projeler gerçekleştirilmektedir. Son zamanlarda büyük firmalar büyük yatırımlar ile sektöre girmektedirler, bunlar küçük firmaların asla ulaşamayacakları bir seviyeden işe başlamaktadırlar. Büyük endüstriyel firmalar sistematik olarak yeni partnerler aramakta ve kendi başlarına yeni ortaklıklar oluşturmaktadırlar. Proje talepleri genellikle küçük firmaların finansal kapasitelerini aşmaktadır. Yeni üretim teknikleri veya farklı teknolojilerin kombinasyonları oluşturulmaktadır. Ancak bunların önemli bir kısmı şimdiye kadar plastik alanında gerçekleştirilmiş olup, kompozitler alanına yönelik olmamıştır.

Sektöre Ülkemiz Düzeyinde Genel Bakış
Türkiye’de kompozit malzemelerinin kullanılmaya başlaması 1960’lı yıllara dayanır. Başlangıçta, banyo ürünlerinin imalatı, otomotiv ve yatçılık sektöründe el yatırması ve döküm gibi basit üretim teknikleriyle başlayan kompozit malzeme üretimi daha ileriki yıllarda tüketici talebinin artmasıyla birlikte daha hızlı ve kaliteli bir üretim yapma arayışına girmiştir.

El yatırma yöntemiyle üretilen vitrifiye, otomotiv parçaları, vb. kompozit ürünlerde tam anlamıyla rijit olmama, yüzey ve kenar deformasyonları gibi üretimde standardizasyonu bozan olumsuz neticelerle karşılaşılıyordu. Bu nedenle kompozit malzeme üreticileri daha uygun ham madde, bilgi ve tecrübelerine sadık kalarak gelişen kompozit sektöründe makineleşme yöntemine geçmeyi tercih etmişler böylece üretimde standart ve daha kaliteli ürünler ortaya çıkmıştır.

Sektörün Ulusal Ölçekteki Durumu
Türkiye Kompozit Sektörü de ülke ekonomisi ile doğru orantılı olarak artış göstermiştir. Son yıllarda Türkiye, Avrupa ve dünya büyüme oranlarının üzerinde bir büyüme göstermiştir. Türkiye’de otomotiv, inşaat ve altyapı sektörlerindeki Kompozit kullanımları, toplam Kompozit kullanımının yarısından daha fazlasını oluşturmaktadır. Otomotiv, inşaat ve altyapı sektörlerinin hızlı bir şekilde büyümesi yabancı üreticilerin dikkatini çekmektedir. Türkiye’nin coğrafi konumu, hızlı yapılanması ve Türk firmaların komşu ülkelerdeki inşaat sektöründe söz sahibi olmasından dolayı, inşaat sektöründe kullanılan Kompozit Malzemelerin üretimi hızlı bir büyüme göstermiştir. Bu gelişimin önümüzdeki birkaç yıl için de bu şekilde devam edeceği öngörülmektedir. Şekil 8’de Türkiye’de Kompozit Malzemelerin Sektörlere Göre Pazarda Hacimsel Olarak Dağlımı yer almaktadır.

Kaynak : Türkiye’de Kompozit Malzemelerin Sektörlere Göre Pazarda Hacimsel Olarak Dağlımı(Kaynak: CompositesTurkey, Mart 2016).

Otomotiv sektöründeki uluslararası firmaların Türkiye’de üretim bölgelerini genişletmesi, yeni firmaların üretim yapmaya başlaması ve sektörün benzin maliyetlerini düşürmek için daha hafif araçlar yapmak istemesi nedeniyle dayanıklı Kompozit Malzemeler, metal malzemelerin yerine tercih edilmektedir. Bu ihtiyaç, sektörün gelişimine büyük katkı sağlamıştır.

Ülkemizde önümüzdeki dönemde bazı ileri kompozit malzeme uygulamalarının öne çıkacağı öngörülmektedir. Özellikle savunma-havacılık, otomotiv, rüzgar enerjisi, raylı ulaşım sistemler ve inşaat sektörü bunların başında gelmektedir.

Hammadde açısından tedarik kolaylaştığı için kompozit malzeme sektöründe faaliyet gösteren firmalarımız büyüyerek alanlarını genişletmişlerdir. Ancak bu firmaların dünya pazarlarından pay almaları, Know-How ve AR-GE ihtiyaçlarının sistematik bir şekilde karşılanmasına bağlıdır.

Kompozit sektörü doğrudan ve dolaylı olarak ihracat yapmaktadır. Ürettiği hammaddeleri, sanayi ara mallarını ve son ürünleri aldıkları ihaleler ve projeler çerçevesinde doğrudan ihraç eden sektör ayrıca bu ürünleri ihraç edilen her otomobil, otobüs, tekne, küvet vb. ürünlerin içerisinde dolaylı olarak da ihraç etmektedir. Sektör esas olarak Avrupa ülkelerine, Rusya’ya, Orta Doğu ve Kuzey Afrika’ya ihracat yapmaktadır. İhracat yapılan ülke sayısını arttırmak ve yeni pazarlar kazanmak amacıyla da çalışmalar her geçen gün yoğunlaştırılmaktadır. Sektörün bazı firmaları Amerika Birleşik Devletleri başta olmak üzere Uzak Doğu gibi dünyanın birçok yerine ihracat yapmaktadırlar.
Kompozit sektörü açısından bakıldığında ise sektörde istihdam olanaklarının olmasına karşılık nitelikli eleman bulunamaması gibi sıkıntılar mevcuttur. Özellikle firmaların üretim ve AR-GE bölümlerinde yetişmiş, tecrübeli personel ihtiyacı bulunmaktadır.

Ülkemizdeki kompozit üretimi teknoloji olarak dışa bağımlılığı yüksek bir yapıya sahiptir. Ülke genelinde genel olarak lojistik kolaylık sağlayacak, tedarikçisi olduğu sektörlere yakın, kıyı şeritlerinde yoğunlaşan kimya sektörü girdi sağlayıcılığı anlamında stratejik sektörler arasında yer almaktadır. Bölgemizde çoğunlukla Bursa ilinde yer alan sektör işletmeleri sektörde önemli bir yer işgal etmekle birlikte, firmalar sektörün ihtiyaç duyduğu temel hammaddeler konusunda büyük ölçüde ithalata bağımlıdırlar. Bu şekilde hem teknolojik açıdan hem de hammadde açısından ithalat varlığının yüksek olması sektörün yarattığı toplam katma değeri azaltmaktadır.

Kompozit sektörünü değerlendirdiğimizde, Bursa sanayisi özellikle otomotiv ve tekstil sektörlerinin ön plana çıktığı, bu sektörlerin yanı sıra makine, metal, gıda, mobilya gibi sektörlerin oldukça yüksek hacimlerde üretim yaptığı bir yapıya sahiptir. Bursa’da en aktif sektörlerden otomotiv ana ve yan sanayisine Kompozit malzeme üretimi yapan birçok küçük, orta ve büyük ölçekli firma bulunmaktadır. Kompozit malzemeler yukarıda ismi geçen tüm sektörlerden ikame edeceği birçok ürün mevcuttur. Bursa’nın ihracat verileri incelendiğinde en fazla payı alan Taşıt Araçları ve Yan Sanayi, Tekstil Sektörü, Makine ve Aksamları gibi sektörlerin varlığı, Bursa için kompozit malzemelerin potansiyelini belirleyicidir.

Küme Firmaları Künyesi

Kompozit malzemeler gelişmiş ülkelerde bile henüz inovasyon ve AR-GE’de doygunluğa ulaşmamışken ülkemizde bu konu ile ilgili firmaların bilgi eksikliğini gidermek konusunda eğitim ve danışmanlık hizmetleriyle bilinçlendirilmesi için gerekli çalışmalar çalışma planında verilmiştir. Bu çalışmaların tamamlanması ile birlikte firmalarda personel niteliğinindeki iyileşmeye paralel olarak kompozit malzemelere dair yapılacak çalışmalar ivme kazanacaktır.

Ortak faaliyetler ile pazarlama gücünün ve uluslararası alanda rekabetçiliğinin arttırılarak ihracatı arttırma hedefi için pazar analizleri yapılarak pazar ihtiyaçlarına göre AR-GE çalışmaları desteklenecektir. Proje kapsamında yapılacak çalışmalar ile kompozit malzeme üretimi yapan firmalar ulaşamadıkları pazarlara ulaşıp, ikili iş görüşmeleri yapacaklardır. Yeni pazarlara girilmesi ile ihracat yapılan ülkeler çeşitlendirilecek kompozit malzemeler sektöründe dışa bağımlılık azaltılarak ihracatın artırılması mümkün olacaktır.

Kompozit sektörü tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de ikame malzemelerden pay alarak büyümektedir. Kompozit sektörünün Dünya piyasasındaki pazar payları göz önünde bulundurulduğunda ülkemiz açısından da çok önemli bir pazar alanı olduğu görülmektedir. Bu sebeple kompozit sektöründe sürdürülen temel bilimler ve teknolojik AR-GE çalışmalarının hızla artması gerekmektedir.

İstenilen özelliklerde ve biçimde kompozit malzeme üretimi için birçok yöntem bulunmaktadır.