Mutfakta tek elle yırttığın o incecik levha, aslında iki silindir arasında mikronla ölçülen bir kumarın ürünü. Sarım gerilimi bir gram saparsa, folyo ya yırtılır ya da kullanılamaz bir kıvrıma dönüşür.
Bir folyo haddehanesinde gece vardiyası. Sıcaklık 18 derece, nem yüzde 45'te sabitlenmiş. İki çelik silindir arasından geçen alüminyum levha, saniyede 25 metre hızla inceliyor. Operatör ekranda tek bir sayıya bakıyor, sarım gerilimi. O sayı 180 newton'dan 220'ye çıkarsa, üç kilometre sonra makine durur. Folyo yırtılmıştır.
Mutfakta kullandığın o 11 mikronluk levha, bu hassasiyetin sonucu. Kalınlığı bir insan saçının altıda biri. Ama asıl mesele kalınlık değil, o kalınlığı üç kilometre boyunca aynı tutabilmek.
Alüminyum folyo, 6 mikron ile 200 mikron arasında değişen kalınlıkta haddelenmiş alüminyum levhadır. Mutfak folyosu genelde 10-15 mikron. Gıda ambalajında 9 mikron, ilaç blisterinde 20-25 mikron, ısı yalıtımında 30-50 mikron kullanılır. Karton bardağın iç kaplaması 6,5 mikron civarındadır, gözle görünmez, ama bardağı sızdırmaz yapan tek şey odur.
İncelik tesadüf değil. Alüminyumun yoğunluğu çelikten üç kat düşük. Aynı ağırlıkla çok daha fazla yüzey kaplarsın. Bir kilogram alüminyumdan 11 mikron kalınlıkta yaklaşık 33 metrekare folyo çıkar. Aynı ağırlıktaki çelikten çıkan yüzeyin üç katı. Oran, folyoyu ambalaj dünyasının en ucuz bariyer malzemesi yapar.
Folyonun bir başka özelliği, oksijen ve su buharı geçirmezliği. 9 mikronluk bir levha, ambalaj içindeki ürünü aylarca korur. Plastik film aynı işi yapamaz. Su buharı geçirgenliği ölçüsünde folyo neredeyse sıfır verir, polietilen ise metrekare başına günde 15-20 gram su buharı geçirir. O yüzden kahve paketinden ilaç kabına kadar her yerde folyo var.
Peki incelik nerede durur? Fiziksel bir taban var. 6 mikronun altına inildiğinde levha kendi ağırlığını taşıyamaz hale gelir, tutamak noktalarında buruşur. O yüzden ticari folyonun pratik alt sınırı 6 mikron. Altına inmek için levhayı bir taşıyıcı filme yapıştırmak gerekir, bu da maliyeti ikiye katlar.
Kalınlık seçimi aynı zamanda bir bariyer hesabıdır. Oksijen geçirgenliği kalınlıkla doğrusal azalır, ama pratikte 9 mikronun altında kazanç hızla düşer. Çünkü levha inceldikçe mikro delik sayısı artar, delikler bariyeri delik başına bozar. Bir metrekarede 5 delik varsa, folyo kalınlığı ne olursa olsun o bölge sızdırır. O yüzden gıda ambalajında 9 mikron, hem bariyer hem maliyet açısından tatlı nokta kabul edilir.
Alüminyum folyo üretimi, sıcak haddeleme ile başlar. 500-600 dereceye ısıtılan alüminyum kütük, bir dizi silindirden geçirilerek 6 milimetreye kadar incelir. Aşamada levha hala kalın, yüzeyi mat. Kütük genelde 300-600 milimetre kalınlıkta ve 8-10 ton ağırlığında olur, ilk geçişte kalınlığın yarısı tek hamlede alınır.
Sıcak haddeleme tek bir geçiş değil, tersinir bir hat. Kütük ileri geri gider, her turda kalınlık düşer. 600 milimetreden 40 milimetreye inmek için 7-9 tur gerekir. Son turlarda sıcaklık 350 dereceye kadar düşer, levha sertleşmeye başlar. Noktada yüzeyde oksit kabuğu oluşur, sonraki adımda asitle yıkanır.
Asitleme, sıcak haddelemenin görünmez ama kritik adımı. Yüzeydeki oksit tabakası, sıcak sülfürik asit banyosunda çözülür. Banyo sıcaklığı 70-90 derece arasında tutulur. Asit konsantrasyonu yüzde 10'un altına düşerse oksit kalır, yüzde 20'yi geçerse levhanın kendisi yenmeye başlar. Banyo sonrası levha durulanır, kurutulur, soğuk haddelemeye hazır hale gelir.
Ardından soğuk haddeleme gelir. Oda sıcaklığında, birbirine çok yakın iki silindir arasından geçen levha, her geçişte yüzde 40-50 incelir. 6 milimetreden 0,2 milimetreye inmek için 8-10 geçiş gerekir. Her geçişte levha sertleşir, bu yüzden arada tavlanır. Tavlama, 300-400 derecede ısıtıp yumuşatma işlemidir.
Tavlama sıcaklığı kritik bir eşik. 280 derecenin altında kalırsa alaşım tam yumuşamaz, sonraki geçişte levha çatlar. 420 dereceyi aşarsa tane yapısı irileşir, yüzeyde portakal kabuğu denen pürüzlü doku oluşur. Tolerans penceresi dar, tipik olarak 320-380 derece arası. Alaşıma göre bu pencere 30 dereceye kadar daralabilir.
Tavlama süresi de sıcaklık kadar belirleyici. Bir rulo 8-12 saat fırında kalır. Süre kısa tutulursa yüzey yumuşar ama iç kısım sert kalır, sonraki geçişte iç gerilme çatlak yaratır. Uzun tutulursa tane büyür, yüzey parlaklığı bozulur. Fırın içi sıcaklık dağılımı 5 derecenin altında olmalıdır, yoksa rulonun bir ucu diğerinden farklı çıkar.
Son aşama ikili haddeleme. İki kat folyo üst üste konup birlikte haddelenir. Yöntemle 6 mikrona kadar inilir. İki katın birbirine değen yüzü mat, dış yüzü parlak kalır. Mutfak folyosunun bir yüzü parlak, bir yüzü mat olmasının sebebi budur.
İkili haddelemede iki kat arasına ince bir yağ filmi sıkılır. Film, iki yüzeyin soğuk kaynak yapmasını engeller. Yağ miktarı metrekare başına 0,3-0,8 gram arasında tutulur. Az olursa katlar birbirine yapışır, çok olursa mat yüzeyde leke kalır. Yağın viskozitesi de önemlidir, çok akışkan olursa hadde boyunca dağılmaz, çok koyu olursa mat yüzeyde kalıcı iz bırakır.
İkili haddelemenin bir yan etkisi var, iki katın ayrılması. Rulo açıldığında katlar birbirinden ayrılır, ama ayrılma hızı kontrollü olmalıdır. Çok hızlı ayrılırsa yüzeyde elektrostatik yüklenme oluşur, folyo birbirine yapışır. O yüzden son sarım öncesi yüzeye ince bir yağlayıcı püskürtülür, tipik olarak metrekare başına 0,1-0,2 gram.
Folyo haddesinin çıkışında bir sarım makarası döner. Levha bu makaraya sarılırken gerilim adı verilen bir kuvvet uygulanır. Kuvvet newton cinsinden ölçülür ve tipik olarak 100-300 newton arasında tutulur. 11 mikronluk bir levhada bu kuvvet, metrekare başına yaklaşık 15-25 newton gerilme demektir.
Gerilim düşük olursa, sarım gevşek kalır. Rulo taşınırken kayar, katlar birbirine sürtünür, yüzey çizilir. Gerilim yüksek olursa, folyo esner, incelir, hatta yırtılır. 11 mikronluk bir levhada gerilim toleransı yüzde 5'i geçmez. Yani 200 newtonluk bir ayar, 190 ile 210 arasında kalmak zorundadır.
Sarım hızı da kritik. Saniyede 20-30 metre tipik bir hızdır. Hız artarsa gerilim dalgalanır, hız düşerse üretim maliyeti yükselir. Operatör bu iki değeri sürekli dengeler. Hız ile gerilim ters çalışır, hız yüzde 10 artarsa gerilim yüzde 6-8 yükselir, çünkü makara aynı torkla daha hızlı çeker.
Gerilim, rulonun çapı büyüdükçe de değişir. İlk sarımlarda makara çapı küçüktür, aynı tork daha yüksek gerilim yaratır. Rulo büyüdükçe çap artar, gerilim düşer. O yüzden modern sarıcılar gerilimi çapa göre otomatik ayarlar, buna taper tension denir. Tipik bir profil, sarım başında 220 newton, sarım sonunda 160 newton civarıdır. Ayar yapılmazsa rulonun dış katmanları gevşek, iç katmanları sıkı kalır, taşıma sırasında rulo dağılır.
Bir de kamber meselesi var. Silindirlerin hafif bombeli olması gerekir. Bombelik, levhanın kenarlarına daha fazla basınç uygular. Kamber yanlış ayarlanırsa, folyonun ortası kalın, kenarları ince çıkar. Sapma 0,5 mikronu geçerse rulo çöp olur. Kamber miktarı silindir genişliğine göre değişir, 1.500 milimetrelik bir silindirde tipik bombe 30-50 mikron arasındadır.
Kamber ayarı, silindirin ısınmasıyla sürekli değişir. Haddeleme sırasında sürtünme silindiri ısıtır, metal genleşir, bombe artar. O yüzden modern haddelerde silindir içinden soğutma sıvısı geçer. Sıvı sıcaklığı 20-25 derecede tutulur. Sapma yarım dereceyi geçerse, üç kilometrelik rulonun son yüz metresi tolerans dışına çıkar.
Soğutma sıvısının debisi de bir ayar noktası. Debi düşerse silindir ortası ısınır, bombe artar, levha ortada incelir. Debi artarsa kenarlar fazla soğur, levha kenarda incelir. Tipik bir hat, silindir başına dakikada 40-80 litre soğutma sıvısı dolaştırır. Sıvının kendisi de bir emülsiyondur, yüzde 4-8 oranında yağ içerir. Oran düşerse sürtünme artar, yüzey yanar.
Gerilim ölçümü de tek noktadan yapılmaz. Sarım makarasının çevresine yük hücreleri yerleştirilir, tipik olarak 6-8 adet. Her hücre farklı bir açıdan kuvveti okur. Operatör ortalama değere bakar ama asıl karar, hücreler arası farkı verir. İki hücre arasında yüzde 8'den fazla sapma varsa, levha bir kenara doğru kayıyor demektir. Kayma düzeltilmezse rulo teleskop açar, yani katlar yandan taşar.
Folyo yırtılması, çoğu zaman tek bir noktada başlar. Levhada mikroskobik bir çatlak, bir toz zerresi, bir yağ damlası. O noktadan geçen gerilim, çevresine göre yüzde 20-30 daha yüksek olur. Çatlak büyür, saniyeler içinde üç kilometrelik rulo çöp olur. Bir yırtılma, ortalama 15-25 dakikalık hat duruşu demektir.
Yırtılmayı önlemenin bir yolu, levhayı sürekli taramaktır. Modern hatlarda hat boyunca kameralar ve lazer sensörler dizilir. Sensörler, levha genişliğini milimetrenin altında ölçer. Genişlik 0,3 milimetre saparsa, hat otomatik yavaşlar. Yavaşlama, gerilimi düşürür, yırtılma riskini azaltır.
Bir başka koruma, kenar kesme. Haddeleme sırasında levhanın kenarları, ortasından daha hızlı soğur ve sertleşir. Sert kenarlar çatlar. O yüzden her geçişte kenarlardan 5-15 milimetre kesilir. Kesilen kenar, doğrudan hurdaya gider. Bir haddehanede bu hurda, toplam girdinin yüzde 3-6'sına denk gelir.
Sıcaklık da yırtılmayı etkiler. Levha sıcakken daha yumuşaktır, soğukken daha kırılgan. Kış aylarında, soğuk depolarda bekleyen rulolar, haddeye girmeden önce ısıtılır. Aksi halde ilk geçişte kenar çatlağı oluşur. Isıtma, tipik olarak 40-60 dereceye kadar yapılır, daha fazlası yüzey oksidasyonuna yol açar.
Toz da sessiz bir yırtılma sebebi. Bir metrekarede 10 mikronun üzerinde 20 partikül bulunursa, o bölge yırtılmaya açık hale gelir. Partiküller genelde hadde yağından, aşınan silindirden veya ortam havasından gelir. O yüzden folyo haddehaneleri pozitif basınçlı tutulur, içeriye filtresiz hava girmez. Filtre, 5 mikronun üzerindeki partikülleri tutar.
Yırtılma sonrası toparlanma da bir maliyettir. Hat durur, silindirler soğur, yeniden ısıtılması gerekir. Bir soğuk başlangıç, normal çalışmaya göre yüzde 15-20 daha fazla enerji harcar. O yüzden operatörler, küçük bir yırtılmayı bile büyük bir kayıp olarak görür.
2021 yılında Avrupa'da alüminyum folyo fiyatları bir yılda yaklaşık yüzde 60 arttı. Londra Metal Borsası'nda alüminyum tonu 1.700 dolardan 2.700 dolara çıktı. Sebep tek değildi. Çin'in elektrik kısıtlamaları üretimi düşürdü, Avrupa'da enerji fiyatları patladı, lojistik maliyetleri arttı.
Ama asıl kırılma noktası ambalaj tarafındaydı. Gıda üreticileri folyo kalınlığını düşürmeye başladı. 12 mikron yerine 9 mikrona geçen markalar, aynı ağırlıkla yüzde 25 daha fazla paket üretti. Geçiş, haddehanelerde ciddi bir yeniden ayar dalgası yarattı. Sarım gerilimi toleransları sıkılaştı, eski makinelerin bir kısmı devre dışı kaldı.
Ders basit. Folyo ekonomisi, metal fiyatıyla değil, mikronla yönetilir. Bir mikronluk tasarruf, tonlarca hammadde demektir.
Bir haddehane günde 200 ton alüminyum işliyor. Çıktının yüzde 70'i 11 mikron folyo, yüzde 30'u 30 mikron yalıtım folyosu olsun.
| Kalem | Değer |
|---|---|
| Günlük alüminyum girdisi | 200 ton |
| Alüminyum ton fiyatı | 2.400 dolar |
| Hammadde maliyeti | 480.000 dolar |
| Enerji maliyeti (ton başı 400 dolar) | 80.000 dolar |
| İşçilik ve bakım | 45.000 dolar |
| Toplam günlük maliyet | 605.000 dolar |
| 11 mikron folyo çıktısı | 140 ton |
| 30 mikron folyo çıktısı | 60 ton |
| 11 mikron satış fiyatı (ton) | 3.400 dolar |
| 30 mikron satış fiyatı (ton) | 3.100 dolar |
| Günlük gelir | 662.000 dolar |
| Günlük brüt kar | 57.000 dolar |
Sayılar temsili, mantık gerçek. Şimdi duyarlılık tarafına bak. Alüminyum ton fiyatı yüzde 10 artarsa, hammadde maliyeti 48.000 dolar yükselir. Brüt kar 57.000'den 9.000 dolara düşer. Yani yüzde 10'luk bir metal fiyatı hareketi, karın yüzde 84'ünü siler.
Peki haddehane bunu nasıl telafi eder? İki yol var. Birincisi, satış fiyatını yükseltmek.
Ama ambalaj müşterileri uzun vadeli sözleşme yapar, fiyat hemen geçmez. İkincisi, kalınlığı düşürmek. 11 mikrondan 10 mikrona inmek, aynı tonla yüzde 10 daha fazla yüzey üretmek demektir. İşte folyo sektörünün sürekli incelme yarışının sebebi bu.
Bir de ters yön var. Kalınlık düşünce yırtılma riski artar, hat duruşları çoğalır. Bir saatlik duruş, günde 8 tonluk kayıp demektir. Yani mikron tasarrufunun bir sınırı var. O sınır, hat verimliliğinin karı yediği noktada başlar.
Alüminyum folyo sarımı, üç katmanlı bir disiplindir.
1. Metalurji katmanı. Alaşım seçimi, tavlama sıcaklığı, kamber ayarı. Katman yanlışsa, sonraki adımlar kurtarmaz.
2. Mekanik katman. Sarım gerilimi, hız, silindir basıncı. Katman, mikron toleransını belirler.
3. Ekonomik katman. Metal fiyatı, enerji maliyeti, kalınlık tercihi. Katman, kimin ayakta kalacağını söyler.
Üçü birbirine bağlı. Bir mikronluk tasarruf, bir newtonluk gerilim ayarıyla mümkün olur. Ve o ayar, tonlarca karı belirler.
Folyo, mutfakta tek elle yırttığın şey değil. İki silindir arasında mikronla ölçülen bir kumarın, üç kilometre boyunca aynı tutulmasıdır.