Günümüzde plastik malzemelerin gerek günlük yaşantımızda gerekse değişik mühendislik uygulamalarında geniş uygulama alanı bulması, tarım mühendisliğinde de bu malzemeye olan ilgiyi arttırmıştır.

Özellikle düşük yoğunluk, hammaddenin ucuz oluşu, değişik üretim teknikleri ile düşük maliyet unsurları altında üretilebilmeleri, istenilen renk vb. özelliklerde olabilmeleri tarım mühendisliğinde uygulama alanının genişlemesine neden olmuştur. Ancak önceleri çekici olan bu malzeme mukavemet, rijitlik ve ergime sıcaklıklarının düşük olması vb. olumsuz özelliklerin görünmesiyle yapısal geliştirmeye uğramasını zorunlu kılmıştır. İşte bu sırada genel makine sanayinde uygulamaya giren kompozit malzeme yapıları, tarım mühendisliğinde de olumsuz etmenleri gidererek güçlü yapıların oluşmasında çözüm olarak görülmüştür.

Bilindiği gibi kompozit malzemeler belirli bir amaca yönelik olarak birden fazla malzemenin değişik şekillerde (taneli, lifli, tabakalı vb. ) bir araya getirilmesi sonucu oluşmaktadır. Amaç malzemelerin kompozit yapı öncesinde sahip olmadıkları özelliklerinin bu malzemelerin bir araya getirilerek sağlanabilmesidir. Şüphesiz bu özellikler amacımıza uygun tarım mühendisliği gereksinmelerini sağlayacak yapının oluşumuna olanak verecektir. Bu özellikler içinde;

a) Mukavemet,

b) Yorulma dayanımı,

c) Aşınma dayanımı,

d) Kırılma tokluğu,

e) Termal özellikler,

f) İletkenlik,

g) Ağırlık,

h) Korozyon direnci

vb. sıralanabilir. Şüphesiz bunlara tarım kesiminin genel yapısına bakılarak maliyetin azaltılmasını da ilave etmek doğru olacaktır.

Öte yandan tarım mühendisliğinde kullanılan alet ve makinalar toprak, bitki, insan-hayvan, meteorolojik vb. birçok etmenle karşı karşıya oluşu, oluşturulan yapıların seçiminde titiz davranmayı gerektirir. Özellikle teknolojik gelişmeler bu yapının oluşumunda mutlaka uygulamayı gerektirmektedir. Sonuçta tarım mühendisliği araç ve gereçlerini üreten imalatçıların, bir taraftan rekabet koşulları ile uğraşırken, diğer taraftan imal ettikleri ürünlerde kaliteyi ön plana çıkaracak yapıların özel koşullar kazanmalarına çaba göstermek zorunda kalmaktadırlar. Artık klasik anlamda imalatı yapan işletmeler bu değişim içinde özel imalat yapan işletmeler haline dönüşüm içindedirler. Bu dönüşümde tarım mühendisliğinde kullanılan araç ve gereçlerin oluştuğu yapı elemanlarında gerek konstrüksiyonunda gerekse malzeme açısından en iyileştirme artık temel hedef olarak alınmaktadır. Bu hedefe ulaşmak içinde genel makine sanayindeki bilgi ve deneyimlerden yararlanılmaktadır.

Bilindiği gibi klasik tarım alet ve makinaları öncelikle hantal yapıları basit konstrüksiyonları ile göze çarpmaktadır. Ancak modern tarım alet ve makinalarında bu olumsuzluk konstrüksiyonun fonksiyonel nitelik kazanması yanında hafifliğin sağlanması çevre şarlarına dayanıklı yapıların oluşturulması ile sağlanabilmektedir. Şüphesiz bunun temelinde de uygun malzemenin uygun yapı elemanlarında kullanılması yatmaktadır.

İşte bu gerçekler nedeniyle tarım mühendisliğinde yeni malzemelerin kullanımı artmaktadır. Bu malzemeler içinde kompozit malzemelerin belirgin bir şekilde tarım mühendisliği araç ve gereçlerinde kullanımının arttığı gözlenmektedir. Özellikle plastik matriksli malzemeli kompozitlerin bu konuda tercih edilir olduğu görülmektedir. Onun için bu makalede plastik matriks malzemeli kompozitlerin tarım mühendisliğinde kullanım alanlarının ortaya konulmasına çalışılmıştır.

2. Plastik matriks malzemeli kompozitelerin özellikleri

Bir kompozitin genel yapısı incelendiğinde matriks olarak kabul edilen sürekli bir faz ile onun içinde değişik şekillerde dağılan değişik özellikler içeren güçlendirici faz elemanlarından oluşmaktadır. Buna göre plastik malzemelerin tarım mühendisliğine uygun formlar haline dönüştürülmesi ve dolayısıyla kompozit yapının oluşabilmesi için ana fazın güçlendirilmesi gerekmektedir. O halde öncelikle ana fazın özelliklerinin bilinmesi gerekir. Bilindiği gibi güçlendirmede kullanılan plastikler termoset ya da termoplastik türlerinde olmaktadırlar. Termoplastikler lineer polimer olup sıcaklık artınca yumuşayıp soğuyunca sertleşirler. Bu tip plastik malzemeler tarım alet ve makinaları içinde örneğin ekim makinalarınde tohum borularında, süt sağım makinaları iletim borularında vb. yerlerde görülmektedir. Yumuşama ve sertleşmenin çok fazla oluşu kesit değişikliği ile çalışma koşullarını olumsuz etkilemesi yanında, çatlayarak çok kısa sürede devre dışı kalmasına neden olmaktadır. Termoset plastikler ise polimerizasyon işlemi tamamlanınca sertleşir ve tekrar yumuşamazlar. Endüstride termoset plastikler içerisinde polyesterler ve epoksi reçineler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Polyester reçineler ucuzluk, boyutsal denge, kimyasal ve elektriksel iyi özellikler, mekanik direnç ve elle işleme kolaylığı vb. özellikleri ile geniş uygulama bulmaktadır. Polyester reçineler içinde de doymuş olan tipleri daha çok enjeksiyon kaplama ile yapılan tarım alet ve makineleri parçalarının yapımında kullanılmaktadır. Doymamış polyester reçineler özellikle çam elyaf takviye yapılara kompozit malzeme üretiminde kullanılmaktadır. Bu amaçla çok çeşitli doymamış polyester reçine tipleri ( jelkot, genel amaçlı vb.) kullanılmaktadır. Ancak burada unutulmaması gereken nokta polyester reçine matriks malzemeli kompozitlerde kimyasal ve hidrolik direnç diğer matriks malzemelerden zayıf olduğudur. Fakat bunun yanında mekanik özelliklerinin uygun oluşu tarım mühendisliğinde genel tercih nedeni olmaktadır.

Epoksi reçineler ise dengeli yapıya sahip olmaları düşük su emme, düşük çekme payı ve üstün korozyon direnci vb. özellikleri nedeniyle son yıllarda polyester reçinelere oranla daha ön plana çıkmaktadırlar. Öte yandan plastik matriks malzemeli kompozitlerde güçlendirici faz olarak kullanılan malzemelerde elyaflar( lifler ) yapıyı belirleyici unsur olarak karşımıza çıkmaktadır.

Genelde kompozit malzemeyi oluşturan güçlendirici faz elemanları olan elyaflar yapı içindeki dağılımı kuvvet yönüne paralel yada dik yönde ya da rastgele dağılmış şekilde olmaktadır. Elyafın geometrisi mukavemeti belirleyen en önemli özellik olarak bilinmektedir. Aynı şekilde elyafın türüde oluşan kompozit yapı malzemelerde belirleyici özellik olmaktadır. Uygulamada en çok kullanılan elyaf (lif) türleri cam, aramid ve karbondur.

Cam lifle güçlendirilmiş kompozit malzemeler; tarımda özellikle aranan yüksek dayanım, hafiflik, sıcağa-soğuğa, neme ve korozyona karşı dayanım, düşük maliyet ve basit imalata yanıt verebilecek özellikler içermektedir. Bu tip kompozit malzemelerde önemli olan cam lifin reçine bağlayıcılarla bir arada tutulmasının sağlanmasıdır. Unutulmaması gereken nokta cam liflerin uzama özelliğidir. Bu amaçla cam lifler örgü demetler halinde bağlanarak birleşik hasırlar haline dönüştürülür. Bu durum cam lifin daha kararlı bir yapı oluşturmasını sağlar. Karbon lifleri ile güçlendirilmiş kompozit malzemelerde hafiflik, yüksek dayanım sağlanması karbon liflerinin maliyetinin yüksek olması geniş çapta kullanımı engellemektedir. Çünkü karbon lifleri poliakronitrik ve katran gibi hammaddelerden bir seri sonucunda (kararlaştırma, karbonlaştırma, grafitleştirme ) elde edilmektedir. Tarımsal savaş uçaklarından bu tip kompozit malzemelerin kullanıldığı ancak yersel tarım alet ve makinelarında kullanımının yok denecek kadar az olduğu görülmektedir. Aramid lifleri ile güçlendirilmiş kompozit malzemelerde temel lif maddesi aromatik polyamid zincirlerden oluşan kimyasal yapıdadır. Bu yapı içindeki lifler uzunlamasına güçlü olmalarına karşın, enlemesine zayıf özellik göstermektedir. Sonuçta aramid lifler güçlendirilerek kompozit malzemelerde hafiflik, yüksek dayanım, darbelere direncinin yüksek oluşu, yorulma ve gerilme korozyonu direncinin yüksek olması nedeniyle tarımda özellikle traktör, biçerdöver gibi teknolojik yönden üstün tarım alet ve makinalarında kullanılmaktadır.

Yukarıda sözü edilen elyaf türlerinin matriks malzeme ile oranının kompozitini mukavemetini belirleyici özellik olduğu unutulmamalıdır. Genelde elyafların hacimsel oranı çok az olduğundan mukavemet dayanımının düşük olması dolayısıyla yük altında kompozit malzemenin kopacağı söylenebilir. Bunun tersi olarak elyaf oranı arttıkça kompozit malzemenin mukavemetinin arttığı unutulmamalıdır.

Öte yandan plastik matriks malzemeli kompozitlerde ana yapıyı oluşturan malzemelerin bir araya getirilmesinde bir başka deyişle şekillendirilmesinde kalıp malzemesi, parçanın geometrik şekli, boyutu, yapı elemanlarının özellikleri, malzemeden beklenen özellikler belirleyici olmaktadır. Bunun sonunda çok değişik şekillendirme teknikleri ( elle kaplama, püskürtme, torbalı kalıplama, sarma, vb. ) kullanılmaktadır. Tarım mühendisliğinde de bu temel ilkeler doğrultusunda kompozit malzemelerin imalatta şekillendirilmesi sağlanabilmektedir.

3.Sonuç

Kompozit malzemelere üstün özellik kazandırılarak tekil malzemelerin birarda kullanılması sonucu oluştuğu düşünüldüğünde tarım mühendisliğinde de bu malzemelerden olabildiğince yararlanılmasının yolları araştırılmalı, konstrüksiyonlarda bu tür malzemelere yer verilerek yapısal sağlamlık yanında fonksiyonda yeterlilik ve neticede ekonomi sağlanabilecektir.

4. Kaynaklar

AKDOĞAN,A.1999, ''Kompozit Malzemeler'' - MakinaTek,Sayı 50,s.20-24,İSTANBUL

AKDOĞAN,A. 2002, ''Sıkıştırma Döküm Yöntemiyle Üretilen SiCp Takviyeli Metal Matriksli Kompozit Malzemelerin Mikroyapı İncelenmesi'',Bildiri Özetleri Kitabı,11.Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresi ve Fuarı 5-8 Haziran.s.228,İSTANBUL

ARAN, A., 1986. Elyaf takviyeli karma malzemeler. İ.T.Ü. Yüksek lisans tezi, İSTANBUL

ARAN, A., 1992. Kompozit malzemeler. İ.T.Ü. Yayınlar, İSTANBUL

EKER,B.,1991.Tarım Alet ve Makinalarının Yapım Teknikleri,Hasad Yayıncılık,İSTANBUL

ŞENEL, F. ve ALEÇAKIR, S., 2003. Araştırma Geliştirme ( ARGE ) ve Dayalı Teknoloji Kullanılması ve Prototip Geliştirilmesi, MSB Savunma ve Güvenlik Bülteni No:18, ANKARA

SMİTH, W.F. ( Çev: N.G. KINIKOĞLU ) 2001, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Literatür Yayıncılık, İSTANBUL

Kaynak : www.bilesim.com.tr