Nurdan ÇETİN YERLİKAYA

Yalova Üniversitesi, Yalova Meslek Yüksekokulu, 77100, Yalova/Türkiye

ncyerlikaya@gmail.com, nurdan.yerlikaya@yalova.edu.tr,

 

Abdulkadir MALKOÇOĞLU

Karadeniz Teknik Üniversitesi, Orman Fakültesi, 61080, Trabzon/Türkiye akmalkocoglu@gmail.com

 

Giriş

Günümüz mobilya sektöründe kabin tipi demonte mobilyaların üretimi ve tüketimi giderek artmaktadır. Buna bağlı olarak üreticiler ürün kostrüksiyonunda estetiklik ve dayanıklılık yanında seri üretimi arttıracak yöntemler üzerinde de durmaktadırlar. Bu konuda özellikle çeşitli malzemelerde birleştirme yöntemleri ile bunların konumları ve çeşitli tutkallarla montajları üzerinde araştırmalar yapılmaktadır.

Şafak (2000) kabin tipi mobilyada tutkalsız birleştirme yöntemlerinde tutkallı birleştirmelerden daha yüksek değerler elde edildiğini belirlemiştir. Aynı şekilde Efe ve Kasal (2000a, 2000b) da kabin tipi mobilyada tutkallı (sabit) ve tutkalsız (demonte) köşe birleştirmelerin dirençlerini incelemiş; lif levhaların yonga levhalardan, tutkalsız birleştirmelerin tutkallı birleştirmelerden daha dirençli olduğunu belirtmişlerdir. Önder (2003) kabin tipi mobilyada sabit (vida + tutkal) birleştirme yöntemleri ile demonte (vida) birleştirme yöntemlerini karşılaştırarak sabit birleştirme yöntemlerinde demonte birleştirme yöntemlerine göre daha iyi sonuçlar elde edildiğini belirtmiştir. Örs vd. (2001) kabin tipi mobilyada tutkalsız ve tutkallı vidalı köşe birleştirme örneklerinde çekme dirençlerini araştırmışlardır. Sonuç olarak; tutkal kullanımının birleştirme direncini MDF-Lam’da % 19 artırdığını, Suntalam’da ise % 2 azalttığını belirlemişlerdir. Ayrıca MDF-lam’dan yapılan birleştirmelerin Suntalam’a göre % 15 daha dirençli olduğunu ortaya koymuşlardır.

Tankut (1997) uygun tutkallama tekniğinin ve yeterli miktarda tutkal kullanılmasının birleştirmelerin direncini önemli ölçüde artırabileceğini belirtmiştir. Eckelman ve Erdil (1999) tutkalın hidrolik enjektörler ile kavela veya kılavuz delik duvarlarına uygulandıktan hemen sonra kavelaların yerleştirilmesi ile optimum kavela tutma direncinin elde edilebileceğini belirtmişlerdir.

Güntekin (2002, 2003) demonte mobilya birleştirme performanslarının deneysel ve teorik analizlerini yapmıştır. MDF levhaların yonga levhalardan % 31 daha dirençli olduğunu belirlemiştir. Tankut (2005) hem çekme hem de basınç deneylerinde, MDF köşe birleştirmelerin yonga levha birleştirmelerinden yaklaşık 3 kat daha iyi sonuçlar verdiğini ve basınç deneylerinde elde edilen moment değerlerinin çekme değerlerinden yüksek olduğunu belirtmiştir. Zhang ve Eckelman (1993) kabin tipi mobilyada çok kavelalı birleştirmelerin moment kapasitelerini incelemişlerdir. Çekmedeki momentlerin basınçtan yüksek olduğunu belirlemişlerdir. Yerlikaya (2010) kabin tipi demonte mobilya köşe birleştirmelerinde en uygun delgi planlarını araştırmıştır. MKMDF köşe birleştirmelerin MKYL’lardan % 40 daha dirençli olduğunu belirlemiştir.

Çalışmada; kabin tipi demonte mobilya köşe birleştirmelerinde yaygın olarak kullanılan kavela-minifiks birleştirme yönteminde tutkallı ve tutkalsız kavelaların eğilme momentleri araştırılmıştır. Böylece; tutkallı veya tutkalsız kavelalı birleştirmelerin ürün konstrüksiyonu dayanımı yanında, seri üretim ve kapasite bakımından değerlendirmelere katkı sağlanması amaçlanmıştır.

2.0. Malzeme ve Yöntem

2.1. Malzemeler

Deneylerde üreticiler tarafından yaygın olarak kullanılan 18 mm kalınlığındaki melamin kaplı yonga levha (MKYL) ve melamin kaplı orta yoğunlukta lif levhalar (MKMDF) kullanılmıştır. Bu levhaların bazı fiziksel ve mekanik özellikleri ASTM D1037 standardına göre belirlenmiştir. Deney örneklerinin hazırlanmasında birleştirme elemanı olarak Şekil 1’de gösterilen Kayın malzemeden üretilmiş ahşap kavelalar, plastik dübelli minifiksler ve yapıştırıcı olarak polivinilasetat (PVAc) tutkalı kullanılmıştır.

2.2. Deney örneklerinin hazırlanması

Deneylerde kullanılan L-tipi köşe birleştirme örneklerinin hazırlanmasında Şekil 2’de gösterilen kavela-minifiks birleştirme yöntemi kullanılmıştır. Her grup için 5’er adet deney örneği, yatay parçalardaki kavelaların tutkallı ve tutkalsız olması şeklinde 2 grup deney örnekleri hazırlanmıştır. Deney örnekleri dikey ve yatay olmak üzere iki parçadan oluşmuştur. Dikey parçalar 200 mm genişliğinde ve 260 mm uzunluğunda, yatay parçalar ise 182 mm genişliğinde ve 260 mm uzunluğunda hazırlanmıştır. Birleştirme elemanları Şekil 3’de gösterildiği gibi dikey ve yatay parçalara yerleştirilmiştir. Bu parçalar Şekil 4’de görülen delgi planlarına göre delgi makinesinde işleme tabi tutulmuştur.
 

Birleştirme elemanları dikey parçalara yerleştirilirken her iki deney grubu (tutkallı ve tutkalsız) için de aynı işlemler uygulanmıştır. Plastik dübeller, dübel deliklerine çakıldıktan sonra cıvatalar bu dübellere vidalanmıştır. Tutkallı örneklerde yatay parçalara kavelaların yerleştirilmesi amacı ile kavela boşluklarına PVAc tutkalı yaklaşık 100 gr/m2 olacak şekilde uygulanmıştır. Kavelalar kalıplar yardımıyla, yatay parçalara 15 mm derinlikteki boşluklara 14 mm olacak şekilde çakılmıştır. Örnekler (Şekil 2) yatay ve dikey parçalardaki birleştirme yerleri birbirine karşılık gelecek şekilde konumlandırılmış ve eksantrik çektirmeleri yatay parçalardaki yerlerine yerleştirilerek sıkıştırılmıştır. Hazırlanan tutkallı deney örnekleri, iklimlendirme odasında 20±3 oC sıcaklık ve % 65±5 bağıl nem koşullarında 2 gün kurumaya bırakılmıştır.

2.3. Deneylerin yapılışı

Kabin tipi konstrüksiyonlara yük uygulandığında konstrüksiyonun bir köşesi birleştirmeyi çekme etkisinde (Şekil 5a), diğer köşesi ise birleştirmeyi basınç etkisinde (Şekil 5b)  zorlamaktadır. Bu nedenle çalışmada kabin tipi konstrüksiyonların etkisinde kaldığı yükleri içeren çekme ve basınç deneyleri uygulanmıştır (Şekil 6). Çekme deneyinde yük uygulanmasında örneklerde sürtünmenin olmaması için tekerlekli metal levhalar kullanılmıştır (Şekil 6). Deneyler 10 kN yük kapasiteli Universal test cihazında 1.5 mm/min hızda yapılmıştır. Deneylerde kuvvet uygulaması yük artışında ani düşüş olana kadar sürdürülmüş, kırılma anında elde edilen maksimum kuvvetler bilgisayar tarafından ±0.01 duyarlılıkta Newton (N) olarak kaydedilmiştir. Moment değerleri aşağıdaki eşitliklerden yararlanarak belirlenmiştir.

Eşitlikte;
Mç = Çekmede eğilme momenti (Nmm), Mb = Basınçta eğilme momenti (Nmm), F = Kırılma anındaki maksimum kuvvet (N) Lç = Çekmede moment kolu (mm), Lb = Basınçta moment kolu (mm)

2.4. İstatistiksel analiz
Ortalama değerler belirlenerek tablolarda verilmiş; kavelalı-minifiks köşe birleştirmelerde, tutkallı ve tutkalsız kavelalar ile malzeme çeşidinin eğilme momenti üzerine etkisinin olup olmadığını istatistik olarak belirlemek için Varyans analizi yapılmıştır.

3.0. Bulgular ve Tartışma
3.1. Malzemelerin özellikleri
Deneylerde kullanılan levhaların bazı fiziksel ve mekanik özellikleri Tablo 1'de verilmiştir.

3.2. Eğilme Moment Değerleri
Deneylerden elde edilen çekme ve basınç eğilme moment değerleri Tablo 2'de ve bunların istatistik olarak farlılık gösterip göstermediğini belirlemek için yapılan Varyans analizi sonuçları Tablo 3'de verilmiştir.

Tablo 2' de; çekmede tutkallı birleştirme yöntemi, tutkalsız birleştirme yöntemine göre MKMDF'de % 3, MKYL'de ise % 5; basınçta ise MKMDF'de % 27 ve MKYL'de % 14 daha yüksek moment değerleri göstermiştir.

Tablo 3'de ise yapılan Varyans analizi sonuçlarına göre; çekmede eğilme momenti üzerine malzeme çeşidinin ve tutkallamanın etkileri % 0,1 önem düzeyinde önemli ancak bunların karşılıklı etkileşimleri % 0,1 önem düzeyinde önemsiz çıkmıştır. Basınçta ise malzeme çeşidinin etkisi % 1, tutkallamanın etkisi ise % 0,1 önem düzeyinde önemli bulunmuştur. Ancak, eğilme momenti üzerine malzeme çeşidinin ve tutkallamanın karşılıklı etkileşimleri % 0,1 önem düzeyinde önemsiz çıkmıştır. Literatürde Örs vd. (2001) tutkal kullanımının birleştirme direncini MDF-Lam da % 19 artırdığını, Suntalam' da ise % 2 azalttığını belirtmişlerdir. Önder (2003) tutkal+vida birleştirme yöntemlerinde vidalı birleştirmelere göre daha yüksek değerler elde ettiklerini açıklamışlardır. Şafak (2000) ve Efe ve Kasal (2000a, 2000b)' de yaptıkları çalışmalarda ise tutkalsız birleştirme yöntemlerinde tutkallı birleştirmelere göre daha yüksek değerler elde etmişlerdir.

Bu konuda literatürde farklı sonuçlarla karşılaşılmakta ve genellikle demonte mobilya konstrüksiyonları tutkalsız birleştirmelerinde daha yüksek direnç değerleri elde edildiği görülmektedir. Ancak; çalışmada tutkallı birleştirmelerde yüksek direnç değerleri elde edilmesi, bu birleştirmenin yatay parçadaki direnci arttırarak dübelli dikey parçanın daha kolay yıkımlanmasında, yani daha düşük direnç göstermesinde etkili olabilir.

MKMDF'de elde edilen eğilme moment değerleri, MKYL'ya göre çekmede tutkallı birleştirme yönteminde % 30, tutkalsız birleştirme yönteminde % 32 daha yüksek; basınçta ise tutkallı birleştirme yönteminde % 16, tutkalsız birleştirme yönteminde % 5 daha yüksek çıkmıştır. Sonuçlar literatürle karşılaştırıldığında; Örs vd. (2001) MDFlam birleştirmelerin, Suntalama göre % 15, Güntekin (2002, 2003) MDF birleştirmelerin yongalevhalardan % 31 daha dirençli olduğunu, Tankut (2005) ise yaklaşık 3 kat daha iyi sonuçlar elde ettiğini açıklamışlardır. Aynı şekilde; Efe ve Kasal (2000-a, 2000-b)'de MDF birleştirme dirençlerinin yonga levhadan daha yüksek olduğunu belirtmişlerdir. Güntekin (2002, 2003) bu durumu MDF'nin daha yüksek yoğunlukta ve daha fazla tutkal alanına sahip olması ile açıklamıştır. Yerlikaya (2010) ise bu durumu, MKMDF'nin MKTL'den daha yüksek yoğunlukta, delik yüzeyinin daha az pürüzlü ve boşluksuz olması nedeniyle daha fazla yapıştırma alanı yanında, daha iyi mekanik bağlantı oluşturması ile açıklamıştır.

Çekmede elde edilen eğilme moment değerleri basınçtaki değerlerden MKMDF'lerde tutkallı birleştirmelerde % 128, tutkalsız birleştirmelerde % 180; MKYL'larda tutkallı birleştirmelerde % 104, tutkalsız birleştirmelerde % 123 daha yüksek elde edilmiştir. Zhang ve Eckelman (1993) çekmedeki momentin basınçtan yüksek olduğunu belirlemişlerdir. Çekmenin levha dayanımı ile ilişkili, basıncın ise levhanın iç yapışma direnci ile ilişkili olduğunu açıklamışlardır. Tankut (2005) ise, basınçta elde edilen moment değerlerinin çekmeden yüksek olduğunu belirtmiştir.

3.3. Yıkımlanma Tipleri
Çekme ve basınç deneylerinde farklı yıkımlanmalarla karşılaşılmıştır. Bunlardan çekme deney örneklerinin yıkımlanma tipleri Şekil 7'de verilmiştir.

Şekilde 7'de görüldüğü gibi çekme etkisindeki yıkımlar hem MKMDF hem de MKYL'da yaklaşık aynı şekillerde oluşmuştur. Şekil 7a'da tutkallı ve tutkalsız birleştirmelerdeki yıkımlanmaların L tipi birleştirmelerin iç yüzeylerinde açılma şeklinde oluştuğu gözlemlenmiştir. Burada çekme etkisindeki yıkımların örneklerin iç, basınç etkisindeki dış kısımlardan daha fazladır. Aynı şekilde, yıkımlar dikey parçalardaki birleştirme elemanları delikleri etrafında da çatlaklar şeklinde oluşmuştur. Ancak, bu çatlaklar tutkallı birleştirmelerde (Şekil 7b) hem kavela hem de dübellerin etrafında fazla miktar ve büyüklüklerde oluşurken; tutkalsız birleştirmelerde (Şekil 7c) ise, sadece dikey parçalardaki dübellerin etrafında daha az miktar ve büyüklüklerde görülmüştür. Bu durum; örneklere yük uygulanmasında yatay parçalardaki tutkallı kavelaların daha fazla direnç göstererek dübelli parçayı zorlaması, tutkalsız kavelaların ise daha düşük direnç göstererek yükleri her iki parçaya daha eşit taşıması ile ilişkili olabilir.

Basınç deney örneklerinin yıkımlanma tipleri de Şekil 8'de verilmiştir. Şekil 8'de görüldüğü gibi yıkımlar her iki malzemede hem parça yüzeyi hem de parça kenarında oluşmuştur. Bu yıkımlar, tutkallı ve tutkalsız birleştirmelerde dikey parçaların yüzeyindeki dübel etrafında çatlak şeklinde, dübelin olduğu parça kenarında ise yarılmalar şeklinde oluşmuştur. Ancak, tutkallı birleştirme yıkımlarının tutkalsız birleştirmelere göre miktar ve büyüklükleri bakımından daha az olduğu görülmüştür. Bunlara göre; örneklerdeki yıkımların yüzeyler yanında özellikle parça kenarlarında da oluşması basınç etkisi ile birleştirme yerleri dış kısımlarının çekme etkisinde açılmaya zorlanmasından kaynaklanabilir.

4.0. Sonuçlar ve Öneriler
Deney sonuçlarına göre; tutkallı ve tutkalsız birleştirmelerdeki eğilme moment değerleri çekmede basınca göre sırası ile MKMDF'lerde % 128 ve % 180, MKYL'larda ise % 104 ve % 123 daha yüksek elde edilmiştir.

Malzemelere göre eğilme eğilme moment değerleri; tutkallı ve tutkalsız birleştirmelerde MKMDF'lerde MKYL'ye göre sırası ile çekmede % 30 ve % 32, basınçta ise % 16 ve % 5 daha yüksek çıkmıştır. Tutkallı veya tutkalsız birleştirme moment değerleri sırası ile, MKMDF ve MKYL'larda tutkallıda tutkalsızdan çekmede % 3 ve % 5, basınçta ise basınçta ise % 27 ve % 14 daha yüksek bulunmuştur. Deney örneklerinde yıkımlanma ile ilgili yapılan gözlemlerde çoğunlukla sorunlu parçaların dikey ve dübelli parçalarda olduğu görülmüştür.

Bunlara göre; malzeme çeşidi bakımından MKMDF'lerin daha yüksek değerler göstermesi MKYL'ye göre dayanımın önemli olduğu konstrüksiyonlarda kullanımları bakımından tercih edilebilir.

Sonuç olarak; yeterli dirençlerin sağlanabildiği konstrüksiyonlarda seri üretimi ve dolayısı ile kapasiteyi olumlu yönde etkileyebilecek tutkalsız kavelalı birleştirme uygulanmaları önerilebilir.

5.0. Kaynaklar

ASTM D 1037, 1973. Evaluating the properties of wood-base fiber and particle panel materials, ASTM.

Eckelman CA., Erdil YZ. 1999. Furniture engineering and quality of life. 1st International Furniture Congress, İstanbul, 306-332.

Efe H., Kasal A. 2000a. Kutu konstrüksiyonlu sabit ve demonte mobilya köşe birleştirmelerde çekme direnci. Gazi Üniversitesi Endüstriyel Sanatlar Eğitim Fakültesi Dergisi, 8 (8) 61-74.

Efe H., Kasal A. 2000b. Tabla tipi mobilya köşe birleştirmelerinde eğilme direnci özellikleri. Teknoloji Dergisi, 3 (4), 33-45.

Güntekin E., 2002. Experimental and theorical analysis of the performance of ready-to-assemble (RTA) furniture joints constructed with medium density fiberboard and particleboard using mechanical fasteners. Doctor Thesis, State University, New York.

Güntekin E. 2003. Montaja hazır mobilya birleştirmelerinin performansları. Süleyman Demirel Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 2, 37-48.

Önder N. 2003. Kutu konstrüksiyonlu mobilyada, vidalı köşe birleştirmelerin, moment taşıma kapasitelerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

Örs Y., Efe H., Kasal A. 2001. Kutu konstrüksiyonlu vidalı mobilya köşe birleştirmelerin çekme direnci. Politeknik Dergisi, 4 (4), 1-9.

Şafak R. 2000. Kutu konstrüksiyonlu mobilya köşe birleştirmelerinde mekanik özellikler. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

Tankut A.N., 1997. Effect of some factors on the strength of furniture corner joints constructed with wood biscuits. Master Thesis, State University of New York , Col. of Environmental Science & Forestry.

Tankut AN. 2005. Optimum dowel spacing for corner joints in 32-mm cabinet construction. Forest Products Journal, 55 (12), 100-104.

Yerlikaya N., 2010. Kabin tipi demonte mobilya köşe birleştirmelerinde mukavemet değerleri ve optimum delgi planlarının araştırılması. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 141 s. Trabzon.

Zhang J., Eckelman CA. 1993. Rational design of multi dowel corner joints in case construction. Forest Products Journal, 43 (11/12), 52- 58.