Karbon elyafı

Karbon fiberveyakarbon elyaf,teknolojiürünü ipliksi bir tür maddedir. Ana bileşimleriKarbonlaşmış akrilik elyaftır (Orlon),katranvenaylondur.Karbon fiberin yapısı,çelikten4,5 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,katranile 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 vePAN(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 özellikleJaponyaPAN temelli üretimi iseABDtarafından tercih edilmektedir.

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 bulunanHidrojenmaddesi ayrıştırılıp,Oksijenmaddesi eklenmektedir. Bu sayede üretilecek olan Karbon Fiber'e yanmazlık özelliği kazandırılır.

Karbonizasyon

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,reçineyedaha iyi yapışması için elektrolitik ortamda iyileştirilir.

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:Katrantabanlı 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 6Karbonatomu, birbirlerineHidrojenile bağlanmaktadır. Bu karbon fiberin üretimi 2Amerikalışirketi 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:Tungstendenoluşan bir çekirdeğin,Bormaddesiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiber çeşididir. Maliyeti yüksek olduğu için henüz proje aşamasındadır.Uçakyapımında bu karbon fiberler kullanılması amaçlanıyor.
Silisyum Karbür Karbon Fiberler:Tungstendenoluşan bir çekirdeğin,Silisyum karbürbileşiğiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiberdir.Jet uçağımotorlarında kullanılmaktadırlar.
Alümina Karbon Fiberler:AlüminyumveOksijentarafından oluşturulanbileşikolan "Alümina" kaplı çekirdeğin,SilisyumveOksijentarafından oluşturulan "Silisyum dioksit"maddesiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiber çeşididir. Alümina Karbon Fiberler, yüksek sıcaklığa dayanabilme özelliğine sahip oldukları içinUçakmotorlarında kullanılmaktadırlar.

Karbon fiberlerin kullanımı

Karbon fiber üretimi dünya üzerinde gittikçe artmaktadır. Dünyada sadece 8 ülke, karbon fiber üretebilmektedir. Bu ülkeler;Japonya,ABD,Almanya,İran,Fransa,İngiltere,MacaristanveTayvan'dır. Ancak dünyada karbon fiber üretimi yapan iki firma vardır ve bu firmaların biriJapon,diğeri deAmerikalıdır.Dolayısıyla karbon fiber üretim teknolojisine sadeceJaponyaveABDsahiptir.Türkiye,karbon fiber üretimini kendisi yapabilmekte olan 3. ülkedir ve karbon fiber üretim miktarında dünya 8.'si durumundadır. 2009 yılındaTürkiye,40 bin ton kadar karbon fiber üretti ve bundan 1.5 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.

Kaynakça

TÜBİTAK,Bilim ve Teknik (dergi),Kasım 2009, sayı 504, s.68-73