KARBON ELYAF
Karbon fiber veya karbon elyaf, ana bileşimleri karbonlaşmış akrilik elyaf (orlon), katran ve naylondur. Karbon fiberin yapısı, çelikten 5 kat daha hafif olmasına rağmen 3 kat daha dayanıklıdır. Karbon elyaf, naylon gibi esnek ve orlon gibi de orta derecede dayanıklı değildir. Daha sert ve çok daha dayanıklıdır. Karbon elyafın molekül yapısı bal peteği biçiminde olduğu için parçacıklar birbirini bırakmıyor.
KARBON ELYAF ÇEŞİTLERİ VE ÖZELLİKLERİ
Karbon lifi ilk defa karbonun çok iyi bir elektrik iletkeni olduğu bilinmesinden dolayı üretilmiştir. Cam elyafının metale göre rijitliğinin çok düşük olmasından dolayı rijitliğin 3-5 kat artırılması çok belirgin bir amaçtır. Karbon elyafları çok yüksek ısıl işlem uygulandığında elyaflar tam anlamıyla karbonlaşırlar ve bu elyaflara grafit elyafı denir. Günümüzde ise bu fark ortadan kalkmaktadır. Artık karbon elyafı da grafit elyafı da aynı malzemeyi tanımlamaktadır. Karbon elyafı epoksi matrisler ile birleştirildiğinde olağanüstü dayanıklılık ve sertlik özellikleri gösterir. Karbon fiber üreticileri devamlı bir gelişim içerisinde çalışmalarından dolayı karbon elyaflarının çeşitleri sürekli değişmektedir. Karbon elyafının üretimi çok pahalı olduğu için ancak uçak sanayinde, spor gereçlerinde veya tıbbi malzemelerin yüksek değerli uygulamalarında kullanılmaktadır. Karbon elyafları piyasada iki biçimde bulunmaktadır;
Sürekli Elyaflar: Dokuma, örgü, tel bobin uygulamalarında, tek yönlü bantlarda ve prepreg’lar da kullanılmaktadır. Bütün reçinelerle kombine edilebilirler.
Kırpılmış Elyaf: Genellikle enjeksiyon kalıplamada ve basınçlı kalıplarda makine parçaları ve kimyasal valf yapımında kullanılırlar. Elde edilen ürünler mükemmel korozyon ve yorgunluk dayanımının yanı sıra yüksek sağlamlık ve sertlik özelliklerine de sahiptirler.
Karbon lifler genellikle poliakrilonitril’in (PAN), 1000-1500°C ‘da karbonlaştırılması (havasız ortamda ısıtılması) ile üretilir. Karbon liflerin uygulamadaki avantajları; boyutsal açıdan kararlı oluşları, kimyasal nicelikleri nedeniyle neme ve pek çok kimyasala direnç göstermeleri ve elektriksel/ısısal iletkenliklerinin yüksek oluşudur. Karbon liflerin kullanıcı açısından en önemli dezavantajı ise siyah renginden dolayı kompozit renginin istenilen şekilde korunamamasıdır. Diğer bir dezavantaj olarak yüksek maliyet söylenebilir. Döşeme ve kirişlerin yük taşıma kapasitesini artırdığı için günümüzde oldukça sık tercih edilmektedir. Kentsel dönüşüm kapsamında bina güçlendirmelerinde sıklıkla kullanılan karbon elyafın bu özelliği özellikle evindeki hasarları gidermek, evlerini güçlendirmek isteyenler için büyük fırsat sunmaktadır. Artan aks yükleri ile köprülerin kapasitelerinin artırılması için de karbon elyaf sıklıkla kullanılmaktadır. Karbon elyaf, sınırsız üretilebileceği için uzunluk sıkıntısı yaşatmaz.
İnşaat sektöründe cephe kaplamalarında da kullanılmaya başlayan kompozitler seramiğe göre daha düşük yoğunlukta olduğu için tercih ediliyor. Örnek olarak 2.7 gr/santimetreküp olan seramiğin kullanımı yerine yoğunluğu 1.8 gr/santimetreküp olan kompozit malzemelerinin tercih edilmesi binanın taşıyacağı yük miktarının azaltılmasına imkan sağlıyor. Diğer yandan malzemenin korozyona dayanıklı olması bina ömrünü 1.000 yıla kadar uzatıyor. Karbon elyafı çoğunlukla iki malzemeden elde edilir; · Zift · PAN (Poliakrilonitril) Zift tabanlı karbon elyafları göreceli olarak daha düşük mekanik özelliklere sahiptir. Buna bağlı olarak yapısal uygulamalarda nadiren kullanılırlar. PAN tabanlı karbon elyafları kompozit malzemeleri daha sağlam ve daha hafif olmaları için sürekli geliştirilmektedir.
PAN’in karbon elyafına birbirini takip eden üç aşamada dönüştürülmektedir;
* Oksidasyon: Bu aşamada elyaflar hava ortamında 300 derecede ısıtılır. Bu işlem, elyaftan H’in ayrılmasını daha uçucu olan O ‘in eklenmesini sağlar. Ardından karbonizasyon aşaması için elyaflar kesilerek graphite teknelerine konur. Polimer, merdiven yapısından kararlı bir halka yapısına dönüşür. Bu işlem sırasında elyafın rengi beyazdan kahverengiye, ardından siyah olur.
* Karbonizasyon: Elyafların yanıcı olmayan atmosferde 3000° C’ye kadar ısıtılmasıyla liflerin 100% karbonlaşma sağlanması aşamasıdır. Karbonizasyon işleminde uygulanan sıcaklık üretilen elyafının sınıfını belirler. Yüzey iyileştirmesi karbonun yüzeyinin temizlenmesi ve elyafın kompozit malzemenin reçinesine daha iyi yapışabilmesi için elektrolitik banyoya yatırılır.
* Kaplama; Elyafı sonraki işlemlerden (prepreg gibi) korumak için yapılan nötr bir sonlandırma işlemidir. Elyaf reçine ile kaplanır. Genellikle bu kaplama işlemi için epoksi kullanılır. Kompozit malzemede kullanılacak olan reçine ile elyaf arasında bir arayüz görevi görür.
Karbon elyafının tüm diğer elyaflara göre en önemli avantajı yüksek modülüs özelliğidir. Karbon elyafı bilinen tüm malzemelerle eşit ağırlıklı olarak karşılaştırıldığında en rijit malzemedir.
Karbon Elyaf Hakkında Bilgi Almak İçin Bizi Arayabilirsiniz. Tıklayınız!
