Cam materyali neredeyse uygarlık kadar eski bir tarihe sahiptir. Fakat camın güçlendirici materyal olarak kullanımı nispeten yeni bir fikirdir. Cam 16. ve 17. yüzyıllarda dekoratif materyal olarak kullanılmıştır. 1893’te califinden yapılmış bir elbise ‘Colombian Exposition’ da tanıtılmıştır.

 

Cam oryantasyon veya kristalizasyona sahip olmayan inorganik bir materyaldir. Griffith çalışmaları ile 1920’de camın yüksek performans özelliklerini ortaya çıkarmıştır. Camın karışımını oluşturan genel maddeler silikondioksit, kalsiumoksit, alüminyumoksit, boronoksit ile bazı metaloksitlerdir. Yapı olarak cam izotropik üç boyutlu ağ yapısına sahiptir.

 

Cam lifinin yüksek performanslı lif olarak ticari tarihçesi Owens Illinois ve Corning Glass firmalarının ortak yatırımı ile başlar. Bu başlangıç ile cam elyafı üretimi 1970’lere kadar her yıl ortalama %15 – 25 oranında artmıştır. Müteakip yıllarda cam elyafı pazarını aramid i karbon lifleri ve güçlendirilmiş kompozitlere bırakmıştır.

 

Yine de cam şu anda en önemli güçlendirici materyallerden biridir. Yüksek performanslı cam elyaflarının en önemli üreticileri Owens Corning, Wentrotex, Ashltrom ve Pilkinton’dur.

 

Bütün ticari cam tipleri için temel yapıtaşı silikadır. Silika çeşitli oksitlerin 1300 –1600 OC arasında eritilmesi ile elde edilir. Çok çeşitli yapı ve özellikte ticari cam elyafı ürünleri bulunmaktadır.

 

1. A – Cam: Alkali içeren cam kompozisyonudur. Çok nadiren lif üretimi için kullanılır.

 

2. AR – Cam: Alkaliye dayanıklı (AR: Alkali Rezistant) cam kompozisyonudur. Çimento destekleyici eleman olarak kullanılır.

 

3. C – Cam: Kimyasallara dayanıklı (C: Chemical Resistant) cam kompozisyonudur. Lif üretimi için kullanılır.

 

4. E – Cam: Yüksek elektrik dayanımı olan cam kompozisyonudur. (E: Elecrtically Resistant)

 

5. HS – Cam: Yüksek mukavemetli (HS: High Strength) cam lifidir.

 

Magnezyum – Silika – Alumina ve küçük miktarlarda diğer oksitlerden içerir.

 

6. S – Cam: HS – Cam’a benzer bir yapısı vardır. Bu lifin kullanımı gittikçe artmaktadır.

Cam liflerinin toplam üretiminin yaklaşık %90’ı E – Cam’dır. Bu tip cam sıklıkla cam destekli plastikler endüstrisinde (GRP: Glass Reinforced Plastics) kullanılmaktadır. Daha yeni bir lif olan AR lifi hidrolik dolgu malzemesi olarak derilim ve kopmaya karşı destekleyici elemanlarda kullanılmaktadır.

 

 

 

 

AR – Cam yapısında ciddi miktarlarda ZrO2 barındırmaktadır ve alkalilere karşı dayanımının esas sebebi budur.Kontinu filament cam lifleri genelde yüksek performans uygulamalarında kullanılır. İlk olarak Owens Corning tarafından gerçekleştirilen filament cam üretimi temel olarak iki aşamadan oluşmaktadır.

 

• Cam Üretimi: Bu bölüm hammaddelerin eritilmesinden oluşur. Bütün komponentler 1700 OC gibi bir sıcaklıkta eritilir. Komponentler karıştırılarak ve eritilerek homojen cam elde edilir. Cam çipse benzer bilyalar halinde üretilir.
• Lif Çekimi: Bu bölümde bilyalar tekrar eritilir ve düzelere iletilir. Bu düzelerde minimum 200 delik bulunmaktadır. Lif çekiminden sonra cam lifi bir bobin üzerine sarılır ve performansının artması için haşıllanır.

 

• 

 

 

Ticari uygulamalarda ufak tefek bazı farklar olabilmektedir. Cam lifi kesiti genelde dairesel olmakla beraber çeşitli değişik kesitlerde de üretim yapılmaktadır.

 

Cam lifleri yüksek mukavemetli, alev almaz ve ısı geçirmez yapıdadır. Ayrıca kimyasallara, neme ve çeşitli organizmalara karşı çok dayanıklıdırlar. Camın mukavemeti kompozisyona, lif çapına ve lif çekim sıcaklığına bağlıdır. Örneğin A-Cam’ın mukavemet / çap oranı oldukça lineerdir fakat E-Cam’ın mukavemeti çapına çok bağlı değildir.

 

E-Cam normalde yüksek performans lif olarak göz önüne alınır.

Fakat günümüzde S-Cam mekanik performans uygulamalarında ekonomik olması yönünden öne çıkmaktadır.

 

Owens Corning S-2 denilen yeni bir S-Cam geliştirmiştir ve bu lif iyi bir mukavemet / maliyet oranı ile aramid ve karbon liflerine alternatif olmuştur. S-2 iyi bir mukavemet, sertlik ve yorulma dayanımı ile iyi denebilecek bir ısı dayanımı ve radar görünmezliği sunmaktadır. S-Cam’ın mukavemeti sadece E-Cam’a göre değil, diğer yüksek performans lif çeşitlerine göre de iyi bir seviyededir.

 

Cam elyafın mukavemeti yüzeyin zarar görmesi ile ciddi oranda düşer. Bu yüzden yüksek performans özellikler bir yüzey koruması ile desteklenmelidir. E-Cam’ın mineral asitlerine karşı da çok kötü bir dayanımı vardır.

 

Cam lifinin genel kullanım alanları aşağıdaki gibidir.

 

• Uçak ve uzay sanayi
• Çeşitli alet ve ekipmanlar
• Konstrüksiyon
• Korozyona dayanıklı ürünler
• Fiber optik kablolar

 

Cam liflerinin elyaftan flamente, kumaşa kadar çok çeşitli son kullanım biçimleri vardır. Cam lifi için en önemli kullanım alanı cam destekli plastiklerdir. Bu ürünler daha çok otomotiv, spor ekipmanları tipi ürünlerdir. Ayrıca cam lifleri hafif uçak parçaları üretiminde kullanılmaktadır. Owens Corning dekoratif ve endüstriyel dokuma kumaşların çözgüsünde kullanılmak üzere tekstürize iplikler de üretmektedir.

 

Cam lifleri günümüzde alev almaz özellikleri, kolay bozulmamaları ve sağlığa kötü yönde etkileri olmamaları açısından asbest’e rakip durumdadırlar.

 

S-Cam’ın E-Cam’dan daha yüksek bir modül ve mukavemeti vardır. Eşit ağırlık için S-Cam daha yüksek mukavemet ve yorulma dayanımı verir. Bu yüzden helikopter ve uçaklarda uçuş kabini zırhı, helikopter zırhı, koltuklar ve zemin için kullanılır. S-Cam bunun yanında radar sistemleri ile zor görünen bir yapıdadır ve bu özellik askeriyede kullanılmaktadır.

 

Cam Lifleri ayrıca oto lastikleri desteklemede kullanılmaktadır. AR-Cam çimento ve beton destekleyici olarak başarılı şekilde kullanılmaktadır. Bu tip uygulamalara bir örnek otobanlara kaplanan çatlama önleyici yüzeylerdir.

 

Cam liflerinin en önemli kullanım alanlarında biri de fiber optik kablolardır. Cam elyafı dikkate değer dalga boyu aralığı, mukavemeti ve uzun süre dayanıklı olabilmesi gibi özellikleri ile bu iş için oldukça uygundur. Cam elyafı ile yapılan iletimlerde kayıp miktarı günümüz teknolojisi ile 20 db./km değerlerine düşürülmüştür. Bu kablolar komünikasyon amaçlı her tip ses ve veri taşınmasında kullanılabilmektedir.

 

Kontinu tel cam liflerinin erozyona karşı kullanıldığı uygulamalar bulunmaktadır.

 

Cam elyafı kaplı kumaşlar inşaat sektöründe çeşitli konstrüksiyonlarda destekleyici eleman olarak kullanılmaktadır. Cam elyafının inşaatta başka bir uygulama alanı ise cam elyafı destekli beton tabakaların çeşitli ısıtma elemanları ile zemin ısıtmasında kullanılmasıdır.