KARBON FBERLER ve PAN LFNDEN KARBON FBER RETM

KARBON FBERLER

Anlatacamz Balklar

Karbon fiber nedir ?TarihesiAna maddesi nedir ?retimiKarbon liflerinin zellikleriAvantaj ve DezavantajKullanm Alanlar

Karbon Fiber Nedir?Karbon fiber veya karbon elyaf, Arapa dilinden gelme olan, teknoloji rn olan ipliksi tr bir maddedir. Ana bileimleri Karbonlam akrilik elyaf (Orlon), katran ve naylondur.

Karbon elyaf (ya da karbon fiber) ileri teknoloji rn, ipliksi bir tr plastik madde olup Akrilik elyafn belli proseslerden geirilmesiyle elde edilir.

Yksek dayankllk, dk younluk, dk srtnme ve dk arlk zelliklerinin stn bileimi ile uzay ve havaclk sanayii, savunma, otomotiv sanayilerinde, spor gerelerinde (tenis raketi, board), yap glendirme alanlarnda, enerji depolamada tercih edilen bir rndr.

Karbon fiberin yaps, elikten 4,5 kat daha hafif olmasna ramen 3 kat daha dayankldr.

Karbon fiber, naylon gibi esnek ve orlon gibi de orta derecede dayankl deildir. Daha sert ve ok daha dayankldr.

KARBON FBERN DER MALZEMELERLE KIYASLANMASIMALZEMEYOUNLUK ( g/cm3)ELASTK MODL( N/mm2)MUKAVEMET ( MPa )St-527,8210000400Alminyum2,770000350CFK1,5 75000-1800001500Karbon Fiberin Tarihesi Sanayide yaygn bir kullanm olan karbon lifleri 19. yzyln sonlarnda bulunmu ve ilk kez ABD'li mucit Thomas Edison'n 1879'da yapt elektrik ampulnde tel (filaman) olarak kullanlmtr. 1879 ylnda ald patent karbon liflerinin varln gsteren ilk belgedir.

O zamanlar karbon elde etmek iin pamuk, bambu ya da yapay ipek lifleri kapal bir frnda kmrleinceye kadar yaklyordu. Ama bu yntemle elde edilen liflerin mekanik zellikleri yetersizdi. lk lif yaps 1889 ylnda oluturulmutur .1990l yllarda petrol fiyatlarnn hzla dmesi ve uygun zellikleri nedeniyle karbon liflerinin kullanm hzla artmtr.

Kompozit materyallerde karbon liflerinin kullanm 1960l yllara dayanmaktadr. 1963 ylnda yksek dayanma sahip karbon liflerinin retim metotlar gelitirilmi ve 1968 ylndan itibaren ticari olarak retilmeye balanmtrDnyadaki reticiler, Kapasiteleri2006 yl itibariyle Dnya da: 27.000 ton Karbon Elyaf retimi olmutur.Sektr deeri 1,3 milyar USDdr.Ana retici lkeler: Japonya, Amerika, Almanya, Fransa,Macaristan Tayvan

Kullanm Alanlarna Gre Talebin Yllara Gre Dalm- ton/yl

Aksa Karbon Elyaf retim TesisiKapasite: 1.500 ton/yl (200 kg/saat), Karbon Elyaf

Fabrika snrlar iinde; 6.000 m2 kapal alan

KARBON FBERN ANA MADDES NEDR? HANG LFLERLE KARBON FBER RETLEBLR?Karbon, younluu 2.268 gr/cm3 olan kristal yapda bir malzemedir. Karbon elyaflar cam elyaflardan daha sonra gelien ve ok yaygn olarak kullanlan bir elyaf grubudur. Hem karbon hem de grafit elyaflar ayn esasl malzemeden retilirler. Bu malzemeler hammadde olarak bilinirler

Karbon elyaflarn retiminde adet hammadde mevcuttur. Bunlardan ilki rayondur (suni ipek). Bu hammadde inert bir atmosferde 1000 - 3000 C civarna stlr ve ayn zamanda ekme kuvveti uygulanr. Bu ilem mukavemet ve tokluk salar. Ancak yksek maliyet nedeniyle rayon elyaflar uygun deildirler.Elyaf imalatnda genellikle rayonun yerine poliakrilonitril (PAN) kullanlr. PAN bazl elyaflar 2413 ila 3102 MPa deerinde ekme mukavemetine sahiptirler ve maliyetleri dktr. Petroln rafinesi ile elde edilen zift bazl elyaflar ise 2069 MPa deerinde ekme mukavemetine sahiptirler. Mekanik zellikleri PAN bazl elyaflar kadar iyi deildir ancak maliyetleri dktr.

Karbon elyaflar piyasada 2 biimde bulunmaktadr: 1-Srekli Elyaf: Dokuma, rg, tel bobin uygulamalarnda, tek ynl bantlarda, ve prepreg lar da kullanlmaktadr. Btn reinelerle kombine edilebilirler. 2-Krplm Elyaf : genellikle enjeksiyon kalplamada ve basnl kalplarda makine paralar ve kimyasal valf yapmnda kullanlrlar. Elde edilen rnler mkemmel korozyon ve yorgunluk dayanmnn yan sra yksek salamlk ve sertlik zelliklerine de sahiptirler.

KARBON FBER RETMKarbon fiber %90dan fazla karbondan oluur. Karbon fiber retimi ounlukla iki malzemeden elde edilir:

Zift PAN ( poliakrilonitril )

Zift tabanl karbon elyaflar greceli olarak daha dk mekanik zelliklere sahiptir. Buna bal olarak yapsal uygulamalarda nadiren kullanlrPoliakrilonitril (PAN) polimerlerinden hem ya ekim ve hem de kuru ekim yntemleriyle lif retilebilmek mmkn olmakla birlikte, retimin yaklak % 85i ya ekim yntemiyle, kalan ise kuru ekim yntemiyle gerekletirilmektedir.

Ya ekimle elde edilen liflerin enine kesitleri yuvarlak veya bbrek biimindedir.Kuru ekimle elde edilenler ise byk faslya tanesi kesitini andrr

Kuru ve Ya ekim Yntemiyle PAN retimi

Pan Lifinden Karbon Fiber retim Aamalar

1.Oksidasyon:

Bu aamada elyaflar hava ortamnda 300 0C stlr.Bu ilem, elyaftan Hnin ayrlmasn daha uucu olan Onin eklenmesini salar. Ardndan karbonizasyon aamas iin elyaflar kesilerek graphite teknelerine konur.Polimer, merdiven yapsndan kararl bir halka yapsna dnr. Bu ilem srasnda elyafn rengi beyazdan kahverengiye dnr,ardndan siyah olur.

2.Karbonizasyon: Elyaflarn yanc olmayan atmosferde 3000 Cye Kadar stlmasyla liflerin 100% karbonlamas salanmas aamasdr. Karbonizasyon ileminde uygulanan scaklk retilen elyafnn snfn belirler. 3.Yzey yiletirmesi: Karbonun yzeyinin temizlenmesi ve elyafn kompozit malzemenin reinesine daha iyi yapabilmesi iin elektrolit banyoya yatrlr.

4.Kaplama: Elyaf sonraki ilemlerden (prepreg gibi) korumak iin yaplan ntr bir sonlandrma ilemidir. Elyaf reine ile kaplanr. Genellikle bu kaplama lemi iin epoksi kullanlr.Kompozit malzemede kullanlacak olan reine ile elyaf arasnda bir arayz grevi grr.

KARBON LFLERNN ZELLKLER VE SINIFLANDIRILMASIKarbon lifinin zellikleri kullanlan hammadde, retim aamalar ve ilem scakl ile belirlenmektedir. Bu Nedenle karbon liflerinin snflandrlmas yaplrkenbu zellikler dikkate alnarak, modllerine, gerilim dayanmlarna ve son ilem scaklklarna gre yaplmaktadr.

Malzeme Younluk(g/cm3)ekmeDayanm(Mpa)Modls(GPa)Carbon2.002900525Aliminyum3.281950297E cam2.55200080S cam2.49 475089Kevlar 291.44286064Kevlar 491.443750136KARBON FBERN AVANTAJLARIYksek Mukavemet: Mekanik uygulamalarda, dardan gelecek herhangi bir darbeye kar beklenmedik sonularn ortaya kmamas iin, malzemenin gerekli en uygun cevab veya davran verebilmesi istenir.

Kalc Renklendirme: Kompozit malzemeye, kalplama esnasnda reineye ilave edilen pigmentler sayesinde istenen renk verilebilir. Bu ilem ek bir masraf ve iilik gerektirmez.

Kolay ekillendirilme: Byk ve kompleks paralar tek ilemle bir para halinde kaplanabilir. Bu da malzeme ve iilikten kazan salar.

Korozyona Ve Kimyasal Etkilere Kar Mukavemet: Kompozitler, hava etkilerinden, korozyondan ve ou kimyasal etkilerden zarar grmezler.

Titreim Snmlendirme: Kompozit malzemelerde sneklik nedeniyle doal bir titreim snmleme ve ok tutabilme zellii vardr.

DEZAVANTAJLARIKompozit malzemelerde hava zerrecikleri malzemenin yorulma zelliini olumsuz etkilemektedir.

Kompozit malzemeler deiik dorultularda deiik mekanik zellikler gsterirler.

Ayn kompozit malzeme iin ekme, basma, kesme ve eilme mukavemet deerleri farkllklar gsterir.

Kompozit malzemelerin delik delme, kesme tr operasyonlar liflerde almaya neden olduundan, bu tr malzemelerde hassas imalattan sz edilemez.

Karbon Elyafnn Kullanm YerleriHavaclk ve Uzay

Endstriyel Malzemeler

Askeri Amal Malzemeler

Spor Malzemeleri

Havaclk ve Uzay UygulamalarUak: - Uak gvdesi, kanat ve kuyruklarnda - Tavan, kiri ve koltuklarda

Roketler:Enjektr konisi, motor kutusu

Uydular:Antenler, batarya panelleri

Askeri Amal Malzemeler

Hava Uygulamalar : Uaklarda (F-22, F/A-18, AV-8B ve B-2)

Deniz Uygulamalar: Gemi

Kara Uygulamalar: Zrh uygulamalar, Tanklar, Silah tama kaplar,

Kiisel Koruyucu Ekipmanlar:Zrh, Gzlk, Mifer

Uzay aralar: Gvde ve fren diski ve burun ksm Titan IV solid rocket motor upgrade

Endstriyel MalzemelerBasnl kaplarda: Hidrolik/gaz silindirlerinde

Makine paralar: Rzgar trbinleri kanatlar, Pervaneler, Robot kollar, Dililer

Tama aralarndaDenizcilik: Yelkenliler, Yar botlar, Gemi direiOtomobiller: aftlar, Yar arabalarHzl Trenler: Tren gvdeleri

naat Sektr: Bina ve kpr deprem glendirmelerinde

Elektrik/Elektronik malzemelerde: Antenler, Hoparlrler

Proses ekipmanlarda: Borular, Tanklar, Kartrma ekipmanlarnda,

Korozyona dayankl malzeme: Pompalar, vb

Spor Malzemeleri

Balklk: Oltalar, makaralar

Golf: Golf sopas

Raketler: Tenis

Bisiklet: Tekerlekler, Gvde, Dmen

Motosikletler: Gvde, Kasklar, Susturucular

Dier: Beyzbol sopalar, Kayaklar, Kendo kllar, Bilardo malzemeleri...

Aksa Yatrmclar bilgilendirme toplants 11.04.08

www.kompozit.com.tr

TBTAK dergisi

Bilim teknik dergisi

www.aksaca.com

www.webhatti.com

www.uludagsozluk.com

Kaynaklar9