Karbon Fiber Nedir ?

Karbon Fiber Nedir?
Karbon fiber veya karbon elyaf, Arapça dilinden gelme olan, teknoloji ürünü olan ipliksi türü bir maddedir Ana bileşimleri Karbonlaşmış akrilik elyaftır (Orlon), katran ve naylondur Karbon fiberin yapısı, çelikten 4,5 kat daha hafif olmasına rağmen 3 kat daha dayanıklıdır Karbon fiber, naylon gibi esnek ve orlon gibi de orta derecede dayanıklı değildir Daha sert ve çok daha dayanıklıdır

Karbon fiberin üretimi

Orlon, naylon, katran ile bazı başka yan maddelere türlü fiziksel ve kimyasal uygulamalar ile "Karbon fiber" adı verilen madde oluşturulur Katran maddesi ve orlon maddesinin kullanımına göre karbon fiber türü ikiye ayrılır; Katran temelliler ve PAN (Orlon'a "PAN" denmektedir) tabanlı karbon fiber Katran temelli karbon fiber üretimi dünya üretiminde %6 iken, PAN temelli karbon fiber üretimi %94'ü bulmaktadır Katran temelli üretimi özellikle Japonlar, PAN temelli üretimi ise Amerikanlar yapmaktadır

PAN temelli üretim

Karbon fiberin, PAN temelli üretimi dört ana aşamada gerçekleşmektedir: "Oksidasyon", "Karbonizasyon", "Yüzey iyileştirmesi" ve "Kaplama"

Oksidasyon

Oksidasyon aşamasında Orlon maddesi 300 °C'ye kadar ısıtılmaktadır Isıtılma aşamasında maddede bulunan Hidrojen maddesi ayrıştırılıp, Oksijen maddesi eklenmektedir Bu sayede üretilecek olan Karbon Fiber'e yanmazlık özelliği kazandırılır

Karbonizasyon
Karbonizasyon aşamasında orlon, 3000 °C'ye kadar ısıtılmaktadır Karbonizasyon aşamasında bobinlerdeki orlon, 3000 °C'ye kadar ısıtılmaktadır Bu esnada maddede %100 karbonlaşma sağlanmaktadır Bu işlemde sıcaklığın yüksekliğine göre üretilen karbon fiberin sınıfı belli olmaktadır

Yüzey iyileştirmesi
Yüzey iyileştirmesi esnasında bobindeki orlon, reçineye daha iyi yapışması için elektrolitik ortamda iyileştirilir
[IMG]Yüzey iyileştirmesi[/IMG]
Helikopter parçasında kullanılan karbon fiber yüzey

Kaplama
Kaplama aşamasında işlenmiş orlon, reçine ile kaplanır Bu sayede "PAN Tabanlı Karbon Fiber"in üretimi tamamlanır

Diğer karbon fiber çeşitleri
Katran Tabanlı Karbon Fiberler: Katran tabanlı olan bu karbon fiber çeşididir Diğer karbon fiber çeşitlerinden çok farkı yoktur Nemden etkilenmezler, sürtünmeye ve aşınmaya dayanıklıdırlar
Aramid Karbon Fiberler: Bu karbon fiber çeşidinin adı "Aromatik polyamid"in kısaltılmasından geliyor Bu karbon fiber çeşidinin molekülünde 6 Karbon atomu, birbirlerine Hidrojen ile bağlanmaktadır Bu karbon fiberin üretimi 2 Amerikan şirketi tarafından yapıldığı için farklılık göstermektedir İki türe ayrılır: "Kevlar" 29 ve "Kevlar 49" Bu karbon fiberin maliyeti düşük, darbeye olan direnci yüksektir
Bor Karbon Fiberler: Tungstenden oluşan bir çekirdeğin, Bor maddesiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiber çeşididir Maliyeti yüksek olduğu için henüz proje aşamasındadır Uçak yapımında bu karbon fiberler kullanılması amaçlanıyor
Silisyum Karbür Karbon Fiberler: Tungstenden oluşan bir çekirdeğin, Silisyum karbür bileşiğiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiberdir Jet uçağı motorlarında kullanılmaktadırlar
Alümina Karbon Fiberler: Alüminyum ve Oksijen tarafından oluşturulan bileşik olan "Alümina" kaplı çekirdeğin, Silisyum ve Oksijen tarafından oluşturulan "Silisyum dioksit" maddesiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiber çeşididir Alümina Karbon Fiberler, yüksek sıcaklığa dayanabilme özelliğine sahip oldukları için Uçak motorlarında kullanılmaktadırlar

Karbon fiberlerin kullanımı

Karbon fiber üretimi dünya üzerinde gittikçe artmaktadır Dünyada sadece 8 ülke, karbon fiber üretebilmektedir Bu ülkeler; Japonya, ABD, Almanya, İran İslam Cumhuriyeti, Fransa, İngiltere, Macaristan ve Tayvan'dır Ancak dünyada karbon fiber üretimi yapan iki firma vardır ve bu firmaların biri Japon, diğeri de Amerikandır Dolayısıyla karbon fiber üretim teknolojisine sadece Japonya ve ABD sahiptir Türkiye, karbon fiber üretimini kendisi yapabilmekte olan 3 ülkedir ve karbon fiber üretim miktarında dünya 8'si durumundadır 2009 yılında Türkiye, 40 bin ton kadar karbon fiber üretti ve bundan 15 milyar dolar kâr etti

Karbon fiber üretimi için birçok dünya kuruluşu rekabet içerisindedir Karbon fiber, geleceğin teknolojisi olarak görülüyor Şimdilik uzay araçlarında, uçaklarda, gemilerde, motorlarda, çok dayanıklı olması gereken diğer yüzeylerde vs kullanılıyor ama gelecekte kullanım alanı çok daha genişleyeceği düşünülüyor Bu nedenle karbon fiber üreten kuruluşlar, karbon fiberin nasıl yapıldığını tam olarak açıklamıyor

TÜBİTAK, Bilim ve Teknik (dergi)