Kompozit Malzeme Nedir? Kompozit Ne Demek, Çeşitleri ve Örnekleri
Kompozit malzeme, fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden belirgin biçimde farklı en az iki malzemenin, birbiri içinde çözünmeden ayrı kalacak şekilde birleştirilmesiyle elde edilen ve bileşenlerinin tek başına sahip olmadığı özellikleri taşıyan malzemedir. "Kompozit" kelimesi dört anlamda kullanılır: (1) genel dilde "karma", yani ayrı türden ögelerin karışmasıyla oluşmuş; (2) mimarlıkta değişik tarzları bir arada taşıyan, özellikle klasik sütun düzenlerinden kompozit düzen; (3) malzeme bilimi ve yapıda matris ile takviyeden oluşan malzeme (CTP, karbon fiber, betonarme, alüminyum kompozit panel); (4) diş hekimliğinde diş renginde reçine dolgu.
Türk Dil Kurumu'nun Güncel Türkçe Sözlük'ü Fransızca "composite" kökenli "kompozit" kelimesine iki anlam verir: sıfat olarak "karma" ve mimarlık alanında "Değişik tarzları bir arada taşıyan". "Karma" maddesinin sıfat anlamında da kompozit, "muhtelit" ile birlikte eş anlamlı olarak geçer. Malzeme bilimindeki anlam sözlükte ayrı madde olarak yer almaz; ama bu sitenin konusu olan yapı malzemelerinde en çok aranan anlam odur.
Kompozit ne demek? Sözlükteki ve alandaki anlamları
| Anlam | Alan | Kaynak |
|---|---|---|
| Karma: ayrı türden olan ögelerin karıştırılmasıyla oluşmuş; muhtelit | sıfat, genel dil | TDK, "kompozit" 1. anlam ve "karma" 3. anlam |
| Değişik tarzları bir arada taşıyan | mimarlık | TDK, "kompozit" 2. anlam |
| Kompozit düzen: İon başlığının volütleriyle Korint başlığının akantus yapraklarını birleştiren Roma sütun düzeni | mimarlık tarihi | Ansiklopedi (Vikipedi, "Kompozit düzen") |
| İki veya daha çok farklı malzemenin ayrı fazlar olarak kalarak birleştiği malzeme; matris + takviye | malzeme bilimi, inşaat | Ansiklopedi (Vikipedi, "Kompozit malzeme"); Cambridge Üniversitesi DoITPoMS |
| Kompozit dolgu: reçine matrisi ve cam/silika dolgudan oluşan, ışıkla sertleşen diş renginde dolgu | diş hekimliği | Ansiklopedi (Wikipedia, "Dental composite") |
Kompozit, kimyadaki bileşik ile karıştırılmamalıdır. TDK'ya göre kimyasal bileşik, iki veya daha çok elementin tepkimeye girip kendi başına yeni özellikler gösteren tek bir madde oluşturmasıdır. Kompozitte ise bileşenler tepkimeye girmez; mikroskop altında lif ile onu saran reçine ayrı ayrı görülür. Metallerin eritilip atom düzeyinde karıştırıldığı alaşım da kompozit değildir.
Kompozit malzeme nedir? Matris ve takviye
Bir kompozit iki temel bileşenden oluşur. Matris (bağlayıcı), takviyeyi saran, yerinde tutan ve yükü ona aktaran sürekli fazdır: polyester reçine, epoksi, çimento, alüminyum ya da seramik olabilir. Takviye ise dayanımı ve rijitliği sağlayan fazdır: cam, karbon veya aramid lifleri, çelik donatı, mineral parçacıklar. İkisinin birleştiği yüzey (arayüz) yükün aktarılabilmesi için iyi yapışmalıdır.
Mantık, iki malzemenin zayıf yanını birbirine kapattırmaktır. Cam lifi çekmede çok dayanıklıdır ama tek başına şekil tutmaz; reçine şekil tutar ama kırılgandır. Birlikte hafif ve dayanıklı bir levha, boru ya da profil olurlar. Beton basınçta güçlü, çekmede zayıftır; içine çelik donatı konduğunda betonarme adını alan ve bugün en yaygın kullanılan yapı kompoziti oluşur.
Kompozit malzeme özellikleri
- Dayanım/ağırlık oranı yüksek. Aynı yükü daha hafif bir kesitle taşır; havacılıkta ve cephede tercih edilme nedeni budur.
- Yönlü davranış. Lif takviyeli kompozitler lif doğrultusunda güçlü, liflere dik doğrultuda zayıftır; tasarım liflerin yönüyle yapılır.
- Korozyona dayanım. Polimer matrisli kompozitler paslanmaz; nemli ve kimyasal ortamda metale alternatif olur.
- Zayıf yanlar. Polimer matrisliler yanıcı olabilir ve UV ışığında yüzeyden bozulur; hasar içeride (tabaka ayrılması) gizli kalabilir; farklı malzemeler birbirine bağlı olduğu için geri dönüşüm zordur.
Kompozit malzeme çeşitleri ve sınıflandırılması
Kompozitler çoğunlukla matrisin cinsine göre sınıflandırılır; ikinci ölçüt takviyenin biçimidir (sürekli lif, kırpılmış lif, parçacık, tabaka).
| Tür | Matris | Takviye | Örnek |
|---|---|---|---|
| Polimer matrisli (PMC) | polyester, vinilester, epoksi; PP, PA, PVC | cam, karbon, aramid lifi; ahşap unu | CTP levha ve profil, karbon fiber, WPC, poliamid ısı bariyeri |
| Metal matrisli (MMC) | alüminyum, magnezyum, titanyum | silisyum karbür, alümina parçacık veya lifi | fren diski, motor gömleği, havacılık parçası |
| Seramik matrisli (CMC) | silisyum karbür, alümina, karbon | seramik veya karbon lifi | gaz türbini parçası, seramik fren diski, ısı kalkanı |
| Doğal ve geleneksel | lignin, kil, çimento | selüloz lifi, saman, çelik donatı, ağaç yongası | ahşap, kerpiç, betonarme, çimentolu yonga levha |
| Tabakalı ve sandviç | yapıştırıcı veya çekirdek | metal, kâğıt ya da ahşap katmanlar | kontrplak, HPL, alüminyum kompozit panel, sandviç panel |
Polimer matrisli kompozitler ve kompozit reçine
Yapıda en sık görülen gruptur. Türkiye'de CTP (cam elyafı takviyeli polyester), İngilizcede GRP veya FRP olarak bilinen malzeme bu gruptandır: su deposu, baca, ızgara, korkuluk ve taşıyıcı profillerde kullanılır. Matrisi oluşturan kompozit reçine ısıyla bir kez sertleşip bir daha yumuşamayan termoset (polyester, vinilester, epoksi) ya da ısıtılınca yumuşayan termoplastik olabilir. Termoplastik kompozitin pencerede bilinen örneği, alüminyum profillerde iç ve dış kabuğu ayıran cam elyafı katkılı poliamid çubuklardır; PVC ile farkı poliamid ve PVC ısı bariyeri karşılaştırmasında, plastik türleri termoplastik nedir sayfasında anlatılır.
Karbon fiber kompozit ve karbon-karbon
Karbon lifinin epoksi matris içinde kullanıldığı karbon fiber takviyeli polimer (CFRP), cam lifli kompozitten daha rijit ve hafiftir. Yapıda en bilinen kullanımı, mevcut kolon ve kirişlerin karbon fiber şeritlerle sarılarak güçlendirilmesidir: bina güçlendirme ve karbon fiber yöntemi. Karbon-karbon kompozit ise karbon lifinin grafit matris içinde bulunduğu, çok yüksek sıcaklıkta özelliğini koruyan bir türdür; uzay mekiğinin burun ve kanat ön kenarlarında ve yarış otomobillerinin fren disklerinde kullanılmıştır.
Metal ve seramik matrisli kompozitler
Metal matrisli kompozitlerde alüminyum gibi hafif bir metale seramik parçacık katılarak aşınma dayanımı artırılır. Seramik matrisli kompozitler, tek başına kırılgan olan seramiğin içine lif yerleştirerek çatlağın ilerlemesini lifin durdurmasına dayanır; gaz türbinlerinin sıcak bölümlerinde ve fren disklerinde kullanılır. İkisi de bina kabuğunda nadiren görülür.
Ahşap, betonarme ve kompozit döşeme
Ahşap doğal bir kompozittir: hücre duvarı, lignin ve hemiselüloz matrisi içine gömülü selüloz mikrofibrillerinden oluşur. Kontrplak, OSB ve lamine ahşap bu doğal kompoziti tabakalı yeni bir kompozite dönüştürür; ahşap yongasının çimentoyla bağlandığı betopan da bir kompozit levhadır. İnşaat mühendisliğinde "kompozit yapı" ve "kompozit döşeme" terimleri ise çelik ile betonun birlikte çalıştığı elemanları anlatır: trapez sac üzerine dökülen beton döşeme, çelik kirişe kayma elemanlarıyla bağlanmış beton plak. Bu elemanların tasarımı Avrupa'da EN 1994 (Eurocode 4) ile yapılır.
Kompozit malzeme örnekleri: nerelerde kullanılır?
- Cephe: alüminyum kompozit panel, kompakt laminat (HPL) panel, kompozit taş panel, CTP cephe elemanları.
- Pencere ve kapı: poliamid ısı bariyeri, kompozit ara boşluk çıtası, kompozit kapı kanadı, ahşap-alüminyum doğrama.
- Taşıyıcı sistem: betonarme, çelik-beton kompozit döşeme, karbon fiber güçlendirme.
- Dış mekân: WPC deck, çit ve siding; CTP ızgara ve korkuluk.
- Yapı dışında: uçak gövdesi, tekne, rüzgâr türbini kanadı, bisiklet kadrosu, spor ekipmanı, diş dolgusu.
Yapıda kompozit: cephe, pencere ve kapı
Alüminyum kompozit panel ve kompozit kaplama
"Kompozit kaplama" denince Türkiye'de çoğunlukla alüminyum kompozit panel (ACP, İngilizcede ACM) anlaşılır: iki ince alüminyum levhanın arasına bir çekirdek yapıştırılarak üretilen düz cephe levhası. Levha, havalandırmalı bir alt konstrüksiyona asılır ve yağmur perdesi prensibiyle çalışır. Sitede ayrıntılı anlatım: alüminyum kompozit panel (ACP) cephe kaplaması.
Panelin yangın davranışını çekirdek belirler. Saf polietilen (PE) çekirdek yanıcıdır; mineral katkılı çekirdekler daha iyi sınıf alır. Örneğin bir üreticinin mineral dolgulu polimer çekirdekli ürünü EN 13501-1'e göre B-s1,d0, çekirdeğinde büyük oranda mineral dolgu bulunan A2 ürünü ise A2-s1,d0 sınıfındadır. 2017'deki Londra Grenfell Kulesi yangınının soruşturma raporu, alevin cephede hızla yayılmasının başlıca nedeni olarak PE çekirdekli ACM panelleri gösterdi. Ardından İngiltere, en az bir katı zeminden 18 metre ve daha yüksekte olan, konut, yurt veya hastane gibi yatılı kullanım içeren binaların dış duvarında yalnız A2-s1,d0 veya A1 sınıfı malzemeye izin veren 2018 yönetmelik değişikliğini yürürlüğe koydu. Türkiye'deki proje için geçerli koşul, ilgili yangın yönetmeliğine göre belirlenir; sınıfların nasıl okunduğu yapı malzemelerinde yangın sınıfları sayfasındadır.
Ahşap-plastik kompozit (WPC) ve kompozit siding
WPC, ahşap unu veya lifinin polietilen, polipropilen ya da PVC gibi bir termoplastikle karıştırılıp ekstrüzyonla profile dönüştürülmesiyle üretilir. Deck, çit ve dış cephe kaplamasında (kompozit siding) kullanılır; Avrupa'da deney yöntemleri ve ürün şartları EN 15534 serisindedir. Masif ahşaba göre çürümeye daha dayanıklıdır, boya istemez; ama ahşaptan daha az rijittir, açıkta kalan lifler nem alabilir ve plastik oranı nedeniyle sıcaklıkla belirgin biçimde uzayıp kısalır. Bu yüzden montajda üreticinin verdiği derz payı bırakılır: genleşme katsayısı. Gerçek ahşap, WPC ve ahşap desenli alüminyum karşılaştırması: ahşap görünümlü dış cephe kaplama.
Kompozit kapı ve ahşap-alüminyum kompozit pencere
Doğramada "kompozit" iki farklı ürünü anlatır. Kompozit kapı, cam lifi takviyeli yüzey levhası, iskelet ve yalıtım dolgusundan oluşan dış kapı kanadıdır. Ahşap alüminyum kompozit pencere ise içte ahşap, dışta alüminyum kullanan hibrit bir pencere sistemidir. İkisinde de yapı fiziği aynı sorulara bağlanır: iç ve dış arasında metal süreklilik kesilmezse ısı köprüsü oluşur ve soğuk yüzeyde yoğuşma görülür; alüminyum ile ahşabın ısıl ve nem hareketi farklı olduğu için katmanlar birbirine rijit bağlanmaz. Yalıtım çekirdekli metal levhalar için bkz. sandviç panel; diğer sistemler ürünler sayfasındadır.
Kompozit düzen: mimarlıktaki anlam
TDK'nın mimarlık anlamı ("değişik tarzları bir arada taşıyan") en açık biçimde klasik sütun düzenlerinde görülür. Kompozit düzen, İon başlığının kıvrımlı volütleriyle Korint başlığının akantus yapraklarını tek başlıkta birleştiren bir Roma düzenidir. Roma'daki Titus Kemeri (MS 82) bu düzenin günümüze ulaşan ilk belirgin örneklerinden sayılır. Rönesans'ta Sebastiano Serlio 1537'de yayımladığı mimarlık kitabında onu ayrı bir düzen olarak ele aldı; böylece Dor, İon, Korint ve Toskan düzenlerinin yanında beşinci klasik düzen kabul edildi.
Diş hekimliğinde kompozit dolgu
Diş hekimliğinde "kompozit", diş renginde reçine dolguyu anlatır. Bis-GMA gibi dimetakrilat reçinelerden oluşan matris ile silika gibi inorganik dolgu parçacıklarından oluşur ve mavi ışıkla sertleştirilir. Yani adını malzeme bilimindeki anlamdan alır: o da matris ve takviyeden oluşan bir kompozittir.
Sık sorulan sorular
Kompozit ne demek, hangi dilden gelir?
Fransızca "composite" kelimesinden gelir ve "karma, birden çok ögeden oluşmuş" demektir. Malzemede iki ya da daha çok farklı malzemenin ayrı kalarak birlikte çalıştığı yapıyı, mimarlıkta farklı tarzları birleştiren düzeni anlatır.
Betonarme bir kompozit midir?
Evet. Çimento esaslı beton matristir, çelik donatı takviyedir. Beton basıncı, donatı çekmeyi taşır; ikisi ayrı malzeme olarak kalır. Betonun kendisi de agrega ve çimento hamurundan oluşan bir parçacık kompozitidir.
Alüminyum kompozit panel yanar mı?
Çekirdeğe bağlıdır. Saf PE çekirdekli panel yanıcıdır; mineral katkılı çekirdekli ürünler B veya A2 sınıfı alabilir. Hangi sınıfın gerektiği bina yüksekliğine ve kullanım türüne göre yönetmelikle belirlenir; ürün seçerken sınıflandırma raporu istenir.
Kompozit malzemenin fiyatı neye göre değişir?
Matris ve takviye türüne (cam lifi ile karbon lifi arasında büyük fark vardır), lif oranına, üretim yöntemine (el yatırması, pultrüzyon, pres), yüzey kaplamasına ve yangın sınıfına göre değişir. Alüminyum kompozit panelde çekirdek türü ve kaplama boyası, WPC'de ahşap/plastik oranı ve koruyucu dış kabuk belirleyicidir.
Kompozit malzeme geri dönüştürülebilir mi?
Zordur, çünkü birbirine yapışmış farklı malzemeler ayrıştırılmalıdır. Termoplastik matrisli olanlar ısıyla yeniden şekillendirilebilir; termoset matrisli CTP ve karbon fiberin geri kazanımı sınırlıdır. Alüminyum kompozit panelde alüminyum levha çekirdekten ayrılarak geri kazanılabilir.