Kompozit, matris ve takviye olmak üzere birbirinden farklı özellikler gösteren iki veya daha çok malzemenin bir araya getirilmesiyle oluşur. Malzemenin özelliği yetersiz olduğu durumlarda, birbirlerinin özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla ya da yeni bir özellik göstermesi (korozyon dayanımı, elektriksel iletkenlik, mukavemet, ısı dayanımı vb. gibi) istenildiği durumlarda, bu özelliklere haiz malzemeler ile birleştirilir. Fransızca “composite” kelimesinden dilimize geçmiş olan bu kavram, “karma” anlamına gelmektedir.
Kompozit nedir sorusuna cevap verdikten sonra örneklere geçelim. Bunun en çok bilinen örneği ise betondur. Beton bir kolonda veya kiriş içinde, çimento matris görevi görmektedir. Matris, üretim aşamasında sıvı yapıda olup sonrasında katı forma evrilen, takviye malzemelerini bir arada tutmaya yarayan malzemelere denilmektedir. En eski kompozit malzemesi olarak lanse edilen ve aşağıda da kullanımına değineceğimiz kerpiçte; çamur matris görevi görmektedir.
Kompozit Malzemelerin Tarihçesi
Günümüzde kullanımı yaygınlaşan kompozit malzemelerin geçmişinin 1930’lu yıllara dayandığı öne sürülse de Antik Çağlarda da kullanımına rastlanılmaktadır. O zamanlar insanlar, kırılgan ve dayanıksız malzemelerin içerisine hayvansal ve bitkisel kaynaklı lifler ekleyip, malzemeleri güçlendirmeyi amaçlamışlardır. Kerpiç kullanımı bunu göstermektedir. (Bkz. Kerpiç Nedir? Kerpiç Yapımında Nelere Dikkat Edilir?) Çamurun içine eklenen saman ve saplar, malzemeye dayanım kazandırmıştır. Böylece kavi barınaklar inşa etme imkanları olmuştur. Kompozit malzemelerin sağladığı yararların farkına varan insanoğlu, farklı alanlarda da bunu denemiş ve kullanım sahasını genişletmiştir.
Yeni malzemelerin sürekli olarak denendiği alan ise, şüphesiz savaş teknolojileridir. Moğollar, yayın, belirli bir kuvvet uygulanmasından sonra kırılma problemini çözmek için arayışa girmişler, yayın esnek olan kısımlarında, farklı lif yönleri olan hayvansal tendonlar kullanarak kırılma sorununu gidermişlerdir. Emeviler ise, kenevir gibi doğal malzemeleri reçineyle perçinleyip; zırh, miğfer ve kalkan üretmişlerdir. Eski çağlarda, kompozit malzemelerin kullanımına bir örnek de Mısır’dan verilebilir. M.Ö 1600’lü yıllarda Mısır’da ince cam liflerinin üretildiği tespit edilmiştir.
Kompozit malzemelerin primitif olarak örneklerine Antik Çağlarda rastlanılsa da modern anlamda yaygınlaşmasının başlangıcı Owens Corning adlı firmada çalışan bir mühendisin 1930’lu yıllarda cam elyafı keşfetmesi ve bunun 1937’de ABD’ye satılması olarak söylenebilir. Yalıtım maksatlı kullanılan cam elyaf işlendiği takdirde betondan katbekat daha sağlam olmakta ve esnek yapısıyla dikkat çekmektedir. 1900’lerin başında ise, modern sentetik plastikler üretilmiştir.
O yıllarda üretilen plastiklerin avantajları; kolay şekillendirilebilir olmaları, yüksek yüzey kalitesine sahip yapıda olmaları, korozyon dayanımlarının kuvvetli ve düşük yoğunlukta olması olarak sıralanabilir. Ancak yine o yıllarda dayanıklılık bazında istenilen seviyede olmaması ve sertliklerinin oldukça düşük olması nedeniyle, bu ürünlerin güçlendirilmesi gerektiği anlaşılmış ve bu alanda ihtiyaç doğmuştur. Tam da bu noktada cam elyaf ile plastikler birleştirilerek, kompozit bir madde haline getirilmiş ve ortaya çıkan yeni malzeme bilhassa havacılık endüstrisinde dikkatleri üzerine çekmiş ve sükse yapmıştır.
Genellikle matris (bağlayıcı) ve takviye olmak üzere iki tip malzemeden oluşan kompozit malzemeler, yeni özellikler meydana getirmektedir. Bir araya getirilen malzemelerin özelliklerinin birbirinden farklı olması aranır. Takviye malzemeleri taşıyıcı görevi görür ve etrafında yer alan matris faz ise onu çepeçevre sararak, yekpare bir biçimde tutar. Kerpiç evlerin ana malzemesi olan toprak, saman karışımı ile Honeycomb kompozit panel matris örneği olarak gösterilir.
Türkiye’de hala kırsal kesimde uygulamasına rastlanılan kerpiç, Yemen gibi ülkelerde çok katlı yüksek yapıların inşasında kullanılmaktadır. Kerpiç, bilinen en eski yapı malzemelerindedir. Bütünleştiren malzeme anlamına gelen matris ise, kenetleyici yapısıyla kullanıldığı malzemelerin dayanımını artırır. Günümüzde sıklıkla kullanılan kompozitler; betonlardır. Kum ve çimentodan oluşan bu malzeme, matris olarak çelik çubuklar ile birleştirilir. Günümüzde kullanımı yaygın hale gelen polimer matrisli kompozit, organik elyafın (polipropilen, polietilen, aramid, karbon vb. gibi) ve anorganik maddelerin kullanıldığı fiberglas bileşik malzemelerdir.
Kompozit Malzemelerin Kullanıldığı Alanlar
Dayanım gücü ve hafifliğinin yanı sıra esnek oluşu hasebiyle pek çok alanda kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Birkaç örnek vermek gerekirse; kolon güçlendirme gibi yapısal anlamda ve prekast olarak estetik cihetle pek çok inşaat uygulamasında kompozitler uygulanmaktadır. Özellikle birçok ülkede yaya köprüleri kompozitten imal edilen pultruzyon profillerden inşa edilir. Boru hattında uygulanan çeşitli çaplarda olan borular, rögar kapakları, menholler, mazgallar, sınır elemanları ve hissedilebilir yüzeyler gibi pek çok altyapı ve üstyapı ürünleri kompozitlerle yapılmaktadır.
1940’lı yıllarda kompozit teknelerin üretimi yapılmıştır. Günümüzde 50 metre altı yelkenli teknelerin ve motor yatların pek çoğunun gövdeleri, vakum infüzyon yöntemiyle kompozitten üretilmektedir. 1970’lerde üretilmeye başlanan Concorde uçaklarında yüzde sekiz oranında kompozitler kullanılmıştır. Günümüz uçaklarından bazılarının üretiminde yüzde elli ve altmış dolaylarında kompozitler kullanılmaktadır. Uzay araçları ve roketlerde de kullanımı söz konusudur. Buralarda kompozitlerin kullanılmasıyla menzillerin kayda değer biçimde arttığı gözlenmiştir. Savaş uçakları, helikopter ve İHA’larda da yoğun miktarda kullanımı görülmektedir. Pek çok balistik ürününde, duvar, kabin, duvar, zırh korumaları vb. gibi Savunma Sanayiini ilgilendiren yerlerde de kompozit malzemeler üretim aşamasında yer almaktadır.
F1 araçları gibi üst düzey araçlarda da hafifliği ve dayanımı nedeniyle kompozitler tercih edilmektedir. Tır, kamyon, tarım araçları ve otobüs gibi hantal yapılı, ağır araçların da parçaları kompozitlerden üretilmektedir. Buralarda hafiflik yakıt tüketiminin azalması için önemli bir unsurdur, aynı zamanda menzilini artırmakta ve yük kapasitesini de olumlu yönde etkilemektedir. Balıkçı oltaları, golf sopaları, tenis raketleri, kanolar, bisikletler ve sörf tahtaları gibi ürünlerde de hafiflik cihetiyle kompozitler sıklıkla kullanılır. Kullanıldığı alanları maddeler halinde sıralamak gerekirse:
- İnşaat
- Savunma sanayii
- Spor ekipmanları
- Denizcilik
- Raylı sistemler
- Rüzgar enerjisi
- Dış cephe kaplama
- Sağlık sektörü
- Zemin kaplamaları
- Kimya sanayisi
- Müzik aletleri
- Uzay ve Havacılık
- Otomotiv
- Robot teknolojisi
- Elektronik alanda