HAFİF VE DAYANIKLI BİR MADDE: KARBON FİBER

HAFİF VE DAYANIKLI BİR MADDE: KARBON FİBER

“Karbon fiber” ismini daha önce mutlaka bir yerlerden duymuşsunuzdur. Gittikçe kullanımı artan bu maddenin ismi zaman geçtikçe daha çok insan tarafından tanınmaktadır. Aslında çok uzun zaman önce bulunmuş bir madde değildir karbon fiber. İlk olarak 1958 yılında yüksek performanslı karbon fiberler keşfedilmiştir. Yapısal bazı önemli özellikleri sayesinde birçok alanda üretilen ürünlerin içeriğinde kullanılan bir polimerdir.

Karbon Fiber Nedir?

Karbon fiber, bir diğer adıyla karbon elyaf, teknoloji ürünü olan ipliksi bir tür maddedir. Ana bileşenleri karbonlaşmış akrilik elyaf (orlon), katran ve naylondur. Karbon fiber, kristalli bir oluşumda birbirine bağlanan uzun, ince karbon atomu tellerinden (ki her bir tel insan saçından daha incedir) meydana gelir. Çelikten 4,5 kat daha hafiftir. Buna rağmen çeliğe göre 3 kat daha dayanıklıdır. Naylon gibi esnek veya orlon gibi orta derecede dayanıklı değildir, daha sert ve çok daha dayanıklıdır.

Karbon Fiberin Gelişimi

İlk olarak 1860 yılında Joseph Swan tarafından ampulde kullanmak için karbon fiber üretilmiştir. Daha sonra 1879 yılında Thomas Edison, ampulde filaman olarak bu maddeyi kullanmıştır. Thomas Edison’un kullandığı filaman, pamuk ipliklerinin ve bambuların yüksek sıcaklıklarda yakılıp kömürleştirilmesiyle elde edilmiştir.

1958 yılında yüksek performanslı karbon fiberler, Roger Bacon tarafından Cleveland, Ohio civarında üretilmiştir.  Bu karbon fiberler çok verimli değildir, içeriğinde %20 civarında karbon vardır ve düşük güç ve sertlik özelliklerine sahiptir.

1963’te Britanyalı bir araştırma merkezinde yeni bir üretim tekniği geliştirilmiştir. Bu üretim tekniğiyle birlikte karbon fiberin güç potansiyeli fark edilmiştir.

Karbon Fiber Üretimi

Orlon, naylon, katran ve bunlara ek olarak bazı başka yan maddelere çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemler uygulanarak “karbon fiber” adı verilen madde oluşturulur. Katran maddesi ve orlon maddesinin kullanımına göre karbon fiber türleri temelde ikiye ayrılır:

  • Katran temelli karbon fiber: Katran daha fazla kullanılır.
  • PAN temelli karbon fiber: Orlon daha fazla kullanılır.

Katran temelli karbon fiber üretimi dünyadaki karbon fiber üretiminin yaklaşık %6’sını kapsarken PAN temelli karbon fiber üretimi %94 civarındadır.

Dünyada üretilen karbon fiberlerin büyük çoğunluğunu oluşturan PAN temelli karbon fiberlerin üretimi 4 temel aşamada gerçekleştirilir:

  1. Oksidasyon: Bu aşamada orlon maddesi 300 °C’ye kadar ısıtılmaktadır. Isıtılma aşamasında maddede bulunan hidrojen ayrıştırılıp maddeye oksijen eklenmektedir. Bu sayede üretilecek olan karbon fibere yanmazlık özelliği kazandırılır.
  2. Karbonizasyon: Bu aşamada bobinlerdeki orlon, 3000 °C’ye kadar ısıtılmaktadır. Yüksek sıcaklıkla birlikte maddede %100 karbonlaşma sağlanmaktadır. Karbonizasyon işlemi yapılırkenki sıcaklığın yüksekliğine göre üretilen karbon fiberin sınıfı belli olmaktadır.
  3. Yüzey iyileştirmesi: Yüzey iyileştirmesi yapılırken bobindeki orlon, orlonun reçineye daha iyi yapışması için elektrolitik ortamda iyileştirilir.
  4. Kaplama: Son aşama olan kaplama aşamasında, işlenmiş orlon, reçine ile kaplanır. Bu sayede PAN tabanlı karbon fiberin üretimi tamamlanır.

Karbon Fiberin Temel Özellikleri

Karbon fiber, sahip olduğu bazı temel özellikleri sayesinde zaman geçtikçe daha çok kullanılmaya başlanmıştır. Temel özelliklerinin birkaçını şu şekilde sıralayabiliriz:

  • Dayanıklıdır.
  • Hafiftir.
  • Serttir.
  • Korozyon direnci yüksektir.
  • Düşük ısıl genleşme katsayısına sahiptir.

Karbon Fiberin Kullanım Alanları

Karbon fiber, yukarıda da belirtilen işe yarar özellikleri sayesinde,

  • Uzay ve havacılık
  • Otomotiv
  • Denizcilik
  • İnşaat

gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Ayrıca,

  • Spor araç gereçleri
  • Askeri amaçlı malzemeler
  • Elektronik malzemeler

gibi malzemelerin içeriğinde de karbon fiber kullanılarak üretimler yapılmaktadır.

karbon fiber takviyeli polimerden yapılmış helikopter kuyruğunun bir parçası
Karbon fiber takviyeli polimerden yapılmış bir helikopter kuyruğu parçası
Karbon fiber kullanılarak üretilmiş bir bisiklet
Karbon fiber kullanılarak üretilmiş bir bisiklet

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir