Çekirdek Malzemeler

BaĢlangıçta balsa ahĢabı ve mantar gibi doğal malzemeler, ağırlığın önemli olduğu uygulamalarda kullanılmıĢlardır. (Castro, Silva, Devezas, Silva, & Gil, 2010; Gil, 2009) Bu malzemeler sandviç yapılarda çekirdek malzemelerin yapımında doğal ve sürdürülebilir seçenekler sunar. Hem balsa hem de mantar tamamen yenilenebilir kaynaklardan üretilir, kısmen geri dönüĢtürülebilir ve kompostlaĢtırılabilir (Le Duigou, Deux, Davies, & Baley, 2012; Reis & Silva, 2009).

Ağacın liflerine dik yönde kesilmiĢ (end-grain) balsanın basma ve kayma mukavemeti genellikle PVC köpüklerden ve diğer çekirdek malzemelerden daha yüksektir, ancak darbe ve enerji emme kapasiteleri çok düĢüktür. Balsa darbe altında kompozitin yapıĢtırma hattına paralel olarak gerçekleĢen delaminasyon ile kolayca ayrılır. 1950‘lerden baĢlayarak, denizcilik sektöründe kullanılan temel çekirdek malzemeler doğrusal ve çapraz bağlı PVC köpük ve (end-grain) balsa ahĢabı geliĢmiĢtir (Cremonini, Negro, Properzi, & Zanuttini, 2008). ABD Donanması DD-968 Spruance sınıfı yüzey gemilerinde, E-cam/vinil ester, balsa ve PVC köpük çekirdek kullanılarak VARTM ile üretilen kompozit sandviç yapıları halen geliĢmiĢ kapalı radar direklerinde (AEM/S) kullanılmaktadır (Mitra, 2010; Ulven & Vaidya, 2006).

30

Deniz sandviç yapılarında polimer köpüklerin kullanımı için birkaç örnek vardır. PVC köpük çekirdek yapıya sahip sandviç kullanılarak küçük ve orta büyüklükteki tekne ve yatların gövdeleri yapılmıĢtır. Ġsveç Donanması tarafından geliĢtirilen Visby sınıfı korvetin gövdesi köpük çekirdek yapıya sahip sandviçten yapılmıĢtır. Kaptan köĢkü ve USS Zumwalt'ın güvertesinin yapımında büyük ölçekli sandviç paneller kullanılmıĢtır. Köpükler, küçük teknelerin usturmaça kısımlarında, darbe emilimi ve yüzdürme için kullanılır.

Köpükler açık ve kapalı hücreli olmak üzere iki kategoride sınıflandırılmıĢ hücresel malzemelerdir. Açık hücreli köpüklerde, hücreler birbirine bağlıdır ve köpüğün kalınlığı boyunca bir sıvı nüfuz edebilir. Açık hücreli köpükler, denizel sandviç yapı uygulamalarında pek uygun değildir:

 Mukavemetleri ve rijitlikleri düĢüktür ve bu nedenle yük taĢıma kapasiteleri azdır.

 DıĢ tabakaların hasar görmesi, köpüğün tamamının su almasına ve çok ağırlaĢmasına neden olabilir.

 Köpükteki çok küçük kesit alanı nedeniyle dıĢ tabakanın (kaplamaların) yapıĢması zordur.

Bu nedenlerden dolayı, denizel sandviç yapılarda çekirdek malzemesi olarak kapalı hücreli köpükler tercih edilir. Bu köpüklerin kapalı hücreli yapısı, açık hücreli köpüklere kıyasla yüksek basma mukavemeti ve modülü elde edilmesine yardımcı olmaktadır. Köpük hücrelerinde hapsedilen gaz, bu malzemelerin basma ve darbe özelliklerinin geliĢtirilmesine yardımcı olan karĢı basınç uygular. Hücrelerin Ģekli çokgendir. Hücre duvarları ince olmasına rağmen, hücre bağlantıları kalın olabilir ve güç sağlar. PVC köpükler kimyasal olarak ise lineer ve çapraz bağlı olarak sınıflandırılmaktadır. Lineer olan köpüklerin, çapraz bağlı olanlara göre statik dayanım değerleri düĢük, darbe yükü altındaki performansları ise daha yüksektir. Çapraz bağlı olanlar PVC köpükler ise daha sık kullanılmaktadır.

Balsa panellerinin statik mukavemeti genellikle PVC köpüklerden daha yüksek olmasına rağmen, darbe enerjisi emilimi daha düĢüktür. Lokal darbe dayanımı çok iyidir, çünkü gerilme sandviç tabakaları arasında etkili bir Ģekilde iletilir. PVC köpükler balsa ahĢabına göre, düĢük yoğunluk, düĢük nem emme kapasitesi ve darbe hasar toleransı gibi üstün

31

özelliklere sahiptir. Küçük ve orta büyüklükteki tekne ve yat imalat sektöründe en çok tercih edilen çekirdek malzemelerden biri PVC köpüktür (ġekil 1.14).

Deniz uygulamalarında kullanılan malzemeler için bariz bir endiĢe nem emilimidir. Mekanik, elektriksel ve ısı yalıtımı özellikleri nem alımından ciddi Ģekilde etkilenir. Sandviçlerde, dıĢ tabaka bir miktar koruma sağlar; bununla birlikte, dıĢ tabaka hasarı çekirdek malzemenin yüksek su/nem emilimine neden olabilir. PVC, yavaĢ nem alan hidrofobik bir malzemedir.Çekirdek malzemenin neme karĢı duyarlı olması deniz suyuna maruz kalacak yapısal uygulamalar için önemli bir husustur. Nem alımına bağlı büyük boyutsal değiĢiklikler, nemli ortamdaki yapısal uygulamalar için sorun olabilir.

Kontrplak, yapısal bir çekirdek malzemesi olarak da belirtilmelidir, ancak fiberglas genellikle kontrplak ile birlikte kullanıldığında yalnızca bir kaplama olarak görülür. Laminatın basma özelliklerini geliĢtirmek için kontrplak daha hafif yoğunluktaki çekirdek malzemenin yerini almıĢtır. AhĢabın deniz ortamında nem emme ve ĢiĢmeye neden olup sonradan ortaya çıkan delaminasyon hasarı endiĢesi, ahĢabın FRP ile birlikte kullanımındaki düĢüĢü hızlandırmıĢtır. Yeni deniz sınıfı kontrplak imalatında daha iyi iĢlem kontrolü bu sorunu azaltmalıdır. Kontrplağın düzensiz yüzeyi, zayıf bir yapıĢma anlamına gelir. Ayrıca, kontrplakların düĢük mukavemet ve düĢük gerilme özellikleri nedeniyle çekirdek malzeme olarak kullanıldığında erken hasarlara neden olabilir.

Hücresel selüloz asetat (CCA), polistiren ve poliüretan gibi köpük plastikler çok hafiftir ve suya, mantarlara ve çürümeye karĢı direnç gösterirler. Polistiren köpüğün ise düĢük mekanik özelliklere sahip olması ve polyester reçine ile tepkimeye girmesi kullanımını kısıtlamıĢtır. Bu köpükler karmaĢık eğrilere uyumlu değildir. Kullanım genellikle yapısal uygulamalardan ziyade yüzdürme ile sınırlıdır. Yüzdürme malzemesi için genellikle köpük poliüretan kullanılır.

Havacılık endüstrisinde, çeĢitli tiplerde üretilen balpeteği çekirdek yapılar yaygın olarak kullanılmaktadır. BileĢen malzemeler arasında alüminyum, fenolik reçine emdirilmiĢ cam elyafı, polipropilen ve aramid elyaf fenolik iĢlem görmüĢ kâğıt bulunur. Son derece hafif panellerin imalatı, balpeteği çekirdek yapılarla mümkün olsa da, deniz ortamındaki uygulamalar karmaĢık dıĢ tabaka geometrilerine yapıĢtırma zorluğu ve önemli su emme potansiyeli nedeniyle sınırlıdır.

32

Laminat tekne ve yat güvertelerinde kalınlık artıĢı sağlamak amacıyla polyester dokumasız dolgulara baĢvurulmaktadır (Associates, 1999; Pemberton vd., 2018).

ġekil 1.14: Denizel kompozit malzemelerde çekirdek kullanımı (%) (Associates, 1999).