Havacılık sanayindeki kullanılan malzemelerin hafif olması ve hava aracı hafifletme çalışmaları ürün geliştirme sürecinde ele alınan en önemli konulardandır. Hedef en hafif malzemeden en yüksek mukavemeti elde etmektir. Tabi ki bu her zaman mümkün olmayabilir. Mukavemet arttığında ağırlık azalmayabilir, hafiflik sağlandığında da istenen mukavemet değerlerine ulaşmak mümkün olmayabilir. Bu çelişkili durumu çözmek için orta nokta bulunup optimum değerlerin kullanılması tercih edilebilir. Havacılık sektöründe uçak yapısallarında alüminyum-bakır, alüminyum-çinko ve alüminyum-lityum alaşımları yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle hava aracının operasyonu sırasında yüksek sıcaklıklara maruz kalan bölgelerde mukavemetin sağlanması da istendiğinde titanyum alaşımlarının kullanımı ön plana çıkmaktadır. Alüminyumun özgül ağırlığı yaklaşık olarak titanyumun özgül ağırlığının %60’ı kadardır. Ayrıca uçaklarda çok nadir olarak da az miktarlarda özel çeliklerin kullanımına rastlanır. Havacılık sektörü her zaman en hafif malzemeyi arar, bu yüzden bu hafif malzeme geliştirme doğrultusundaki Ar-Ge çalışmaları yoğun olarak devam etmektedir.
Teknolojinin geldiği noktada; metal alaşımlarında değişiklikler yapılarak istenen hafifletmeyi sağlamaya yönelik çalışmalar yerini, farklı malzemelerin kullanıldığı Ar-Ge çalışmalarına bırakmıştır. Son yıllarda ibre kompozit malzemelere doğru yönelmiştir. İki büyük havacılık devi BOEING ve AIRBUS en yeni ve en önemli uçakları olan A350 ve 787 platformlarında %50’den fazla kompozit kullanmışlardır. Her geçen gün uçak yapısallarında kompozit kullanımı hızla artmaktadır. İnsansız hava araçları için de durum benzerdir. Geleceğin bu doğrultuda şekilleneceği düşünülmektedir.
Kompozit malzemelerin %90’a yakın kısmını polimer esaslı matrisler oluşturmaktadır. Polimerlerde genel olarak termoset ve termoplastik olarak iki ana gruba ayrılmaktadır. Matris yapı genelde iki gruptan biri olmaktadır. Yazının bu bölümünde bu iki grup kompozit malzemeler hakkında kısa bilgiler verelim.
Termoset kompozitler
Termoset kompozitler uzun zamandır uçak yapısallarında kullanılmaktadır. Yüksek sıcaklıklara dayanıklı, boyutsal hassasiyet ve yatırım maliyeti çok yüksek olmayan kompozitlerdir. Çünkü termoset plastikler kürlenmiş veya çapraz bağlı bileşikler olduğundan uzun ömürlü ve ısıya dayanıklıdırlar. Üretim teknikleri belli bir olgunluğa ulaşmıştır. En büyük dezavantajları; bu gruptaki kompozitlerin üretim metodları yüksek işçilik ve ömürlü malzemeler için kontrollü ortamlar gerektirmekte, ayrıca proses süreleri uzun olmaktadır. Daha kritik olan nokta ise bu kompozitlerin yeniden işlenmesi veya şekillendirilmesi mümkün değildir. Bu yüzden bu gruptaki malzemelerin geri dönüşümü yapılamamaktadır.
Termoplastik kompozitler
Termoplastik malzemeler termosetlerden farklı olarak çok kuvvetli olmayan bağları ile birbirine bağlıdırlar. Kolaylıkla yumuşayarak akışkan hale gelebilirler ve tekrar defalarca kullanılabilirler. Bu özellikleri termoplastiklerin en önemli avantajlarındandır. Termoplastiklerin sağladığı bir diğer avantaj da çeşitli kaynak metotları ile birleştirilebilir olmalarıdır. Kaynak teknolojilerinin kullanımı ile beraber, mekanik bağlayıcılar kullanıldığında uçak maliyetinin %19-42 kadarı olan birleştirme maliyetinin kayda değer oranda düşeceği ve bu teknolojilerin mekanik bağlayıcılar ile yapıştırma yönteminin yerini alacağı değerlendirilmektedir.
Havacılık endüstrisinde öncelikli kullanılan kompozit malzeme olarak; üstün özellikleri, ticarileşmiş fiyatları, belli bir olgunluğa ulaşmış üretim teknikleri ve iyi kurulmuş tedarik zincirlerinin bulunması gibi nedenlerle termoset kompozitler tercih edilmekteydi. Termoplastik kompozitler ise birincil yapılar için sertifikasyon sürecinin gerektirdiği zorlu ve uzun süre alan malzeme ve proses kalifikasyonları henüz tamamlanmadığından sadece klip ve braket gibi hava aracı ikincil yapı parçalarında kullanılmaktaydı. Teknolojinin gelişmesi ve ilgili kalifikasyon süreçlerinin ilerlemesiyle, bu yaklaşım son zamanlarda değişmiş ve dayanma profilleri (stringer), güçlendiriciler (stiffener), kanat kutusu ve hatta gövde gibi hava aracı yapısallarının tasarım ve üretiminde de termoplastik kompozitler kullanılmaya başlanmıştır. Termoplastik kompozitlerin oda sıcaklığında ömürsüz olması, yeniden şekillendirilebilmesi, kaynaklanabilme özelliği, geri dönüştürülebilir olması ve daha yüksek tokluk ve darbe dayanımı özellikleri bu değişimde etkili olmuştur. Bu avantajlarının yanı sıra düşük üretim maliyetli olmaları ve hızlı üretim teknolojileri sayesinde günlerle ifade edilen kompozit parça üretim sürelerinin neredeyse sıfır atık avantajıyla dakikalar seviyesine indirilebilmeleri termoplastik kompozitlerin geleceğin malzemeleri olacağı değerlendirilmektedir.
Ülkemiz havacılık sanayi kuruluşlarının da hafif malzeme olarak termoplastik kompozitlerin tercih edilmesine yönelik adımlar attığını görüyoruz. Özellikle ülkemizin havacılıktaki öncü kuruluşu TUSAŞ çok büyük kompozit yatırımları yapmaktadır. Eş zamanlı olarak üniversite ve araştırma merkezlerimizin de termoplastik malzemelere yönelik yetkinliklerini artırması ve teknoloji gelişimine katkıda bulunması gerekmektedir. Çünkü bu alanda yetkin olduğumuz taktirde hem büyük havacılık firmalarında iş payımız artacak hem de daha hafif özgün ve rekabetçi ürünler üretmemiz mümkün olacaktır. Ülkemizin iç pazar ihtiyacı da yapılan yatırımları destekler niteliktedir. Geniş bir coğrafyaya sahip ve dünyanın çok kritik bir bölgesinde yer alan ülkemizde çok sayıda hava aracına ihtiyaç duyulmaktadır. Geliştirilen teknoloji sırf ülke içinde kullanılsa bile maliyet etkinliğini sürdürecektir. Kompozit malzemeler konusunda daha işin başındayız yapacak çok işimiz var. En büyük avantajımız tüm dünyada hızla gelişen kompozit malzeme teknolojilerinin önünün oldukça açık olması ve bu doğrultudaki gelişmelerin sürekli devam etmesidir. Ülkemizi kompozit malzemeler konusunda lider yapmak dileğiyle….