Kompozit Materyal Fikri ve Karbon Fiber

Teknolojinin gelişmesi ve artık daha düşük ağırlıkta, daha yüksek dayanıklılık kapasitesine sahip maddelere sanayinin ve günlük hayatın ihtiyacı, yeni maddeler üretilmesi gerekliliğini ortaya koydu. İ..
Görsel Telif:

Teknolojinin gelişmesi ve artık daha düşük ağırlıkta, daha yüksek dayanıklılık kapasitesine sahip maddelere sanayinin ve günlük hayatın ihtiyacı, yeni maddeler üretilmesi gerekliliğini ortaya koydu. İlk yıllarda bir düşünce olarak kalan yeni maddeler geliştirme fikri kısa süre içerisinde oluşturulan hipotezlerle desteklenerek hayata geçirildi ve bir hayal olmaktan çıktı. Bu fikirler arasında en çok desteklenen ve uygulamaya geçirilen ise kompozit materyal fikriydi.

Kompozit materyal fikri iki veya daha fazla materyalin birleştirilerek, bu maddelerin tek başlarına olan performanslarını olağanüstü şekilde arttırmayı amaçlıyordu. Çinko kaplı saç ve benzer olarak demir blokları çok güçlü bir şekilde destekleyerek onları yıkılmaz hale getirebilen beton bu fikrin ortaya koyduğu birkaç ilkel örnekti. [1]

Kompozit malzemelerin birçok çeşidi insanlık tarihi boyunca bilinmesine ve bunun genellikle inşaat alanında ilkel olarak pratik edilmesine rağmen; ilk olarak modern kompozit tarihi 1937 de ’’ Owens Corning Fiberglass ’’ adlı şirketinin fiberglas satmasıyla başladı.  Fiberglas ayrıca bir madde olarak ilk kez bir mühendis tarafından kazara, bir yazı uygulama atölyesinde bir fiberin üzerine sıcak cam bardak sütün dökülmesiyle, bulunmuştu.[2]

Yeni kompozit buluşlarıyla beraber bu materyaller kullanılış amacı ve kavramına göre çok geniş bir yelpazede sınıflandırıldı. En kullanışlı biçimi olarak bu sınıflandırma doğal kompozit materyaller, mikrokompozit materyaller ve makrokompozit materyaller şeklinde yapılabilir.

Doğal kompozit materyallere ağaç, bambu ve kaslar; mikrokompozit materyallere  metalik bileşimler, termopilastikler ; makrokompozit materyallere de daha fazla mühendislik ürünleri olan helikopter pervaneleri ve kayak malzemeleri örnek olarak gösterilebilir.

Yakın dönemde yaygınlaşmış ve sıkça kullanılan diğer kompozitler ise inorganik ve organik elyafların birleştirilmesiyle oluşturulan dokulu kompozitlerdir. Elyaflar genellikle çok ince ve sık dokunarak oluşturulur. Dokuların her birinin kalınlığı 7 ila 15 mikrometre arasında değişir. Bu dokuların sıklığı ve inceliği çok elastik fakat dayanıklı elyafların üretilmesini sağlar.Bu elyaflar üst üste katlar halinde bir çeşit yapıştırıcı kimyasal olan reçineler ile birleştirilerek binlerce tork güce dayanabilen sert ve hafif materyaller elde edilir.[3]

Güçlü materyallerin dokularla elde edilmesini ise bütün yükü tek bir madde üzerine yüklemektense bu gücü çok ince bir şekilde işlenmiş binlerce ipliğin üzerine dağıtmak ve bu yolla da bütün maddenin dayaklığını binlerce kat arttırmak olarak basitleştirebiliriz.[4]

Dokulu kompozitler arasında en dikkat çekeni dış görünüşü ve kolay ulaşılır olmasıyla sıkça kullanılan karbon fiberdir.

Karbon bağlarının çok güçlü bir potansiyele sahip olduğu, alifatik karbon-karbon bileşiklerin bağ enerjileri üzerinde yapılan spektroskopik araştırmalar sonrasında kanıtlanmıştır. Sanayide sıkça kullanılan ve çok güçlü bir materyal olan elmas yine bir karbon bileşiğidir. Bu araştırmalar sonrasında yeni karbon bileşiklerinin laboratuar ortamında üretilebileceğinin gözlemlenmesi yeni bir materyalin de habercisi olmuştur.

Laboratuvarda, yüksek sıcaklık altında karbon bağlarının koparılarak yeni karbon bağlarının oluşturulması ve üretilen ince karbon liflerinin birleştirilmesiyle  yeni bir dokulu madde elde edildi. Bu dokulu maddeye de karbon fiber adı verildi.[5]

Karbonfiber  günümüzde birçok alanda kullanılmaktadır. Bu alanlar arasında en yaygın  olanı otomativ ve  denizcilik sektörleridir. Bu sektörelerde yaygın olarak kullanılmasının başlıca sebepleri karbonfiberin dayanıklılığı, kolay uygulanır olması ve hafifliğidir. Materyalin hafif, dayanıklı ve düşük sürtünme katsayısına sahip olması ;   düşük yakıt tüketen,  daha yüksek motor performansı sergileyen  ve kazalarda insan hayatını  en yüksek güvenlikte koruyabilen yapıda sahip araçlar imal  edilmesi   sonucunu  doğurmaktadır.  Ayrıca bu alanlara ek olarak artık birçok teknoloji firması ürünlerinde karbon bazlı materyallere yer vermekte ve ürününü daha dikkat çekici bir hale getirmektedir. Örneğin birçok bilgisayar firması dizüstü ve masaüstü bilgisayarların dış kısımlarında karbonfiber  ve  diğer  karbon bazlı kompozitler kullanarak darbelere kırılmalara ve çizilmelere dayanıklı bilgisayarlar üretmektelerdir.[6]

Karbon-fiberin tercih edilmesindeki en önemli sebeplerden bir diğeride kolay uygulanır olmasıdır. Karbon fiber elde edilmek istenen ürüne göre birçok şekilde uygulanabilir fakat genel anlamda bu yöntemleri amatör ve profesyonel yöntemler olarak ikiye ayırabiliriz.

Profesyonel uygulama tekniği genellikle sanayide kullanılır ve amatör tekniklere göre insan hatası daha azdır. Bu uygulama tekniğinde en yaygın olanı vakumla infüzyon tekniğidir. Bu teknikte kullanılan malzemeler de amatör teknikten farklıdır.Vakum pompası ,vakum torbası, tıkaç, catch pot, spiral pipe ve peely ply bu işlemde kullanılan başlıca malzemelerdir. Uygulama beş temel aşamadan oluşur bu aşamalar:

  1. Uygulanacak kalıbın hazırlanması
  2. Uygulanacak zeminin hazırlanması
  3. Materyallerin yerleştirmesi
  4. Reçine hazırlaması ve uygulanması
  5. Karbon fiberi kalıptan ayırması

 

1.   Uygulanacak kalıbın hazırlanması

Kalıplar elde edilmek istenen malzemeye göre dişi ve erkek kalıp olarak ikiye ayırlır. Dişi kalıp olarak anılan kalıp modelinde elde edilmek istenen karbon fiber, çukur olan kalıbın iç kısmına uygulanır ve buradan ürün elde edilir; erkek kalıpta ise elde edilmek istenen ürün bir tümseği andıran kalıbın dış kısmına uygulanır. Kalıbın yapı olarak özel bir materyalden oluşması gerekmez, karbon fiber uygulanırken kolay kırılmayacak, dayanıklı olacak tahta veya metal gibi herhangi bir malzeme kalıp yapımında kullanılabilir.

  1. Uygulanacak zeminin hazırlanması

Kalıp karbon-fiber uygulamasına hazır hale getirilmelidir. Karbon fiber elyaflarının birbirine kimyasallar  kullanılarak birleştirildiğinden, elde edilen güçlü kompozitin kalıba yapışmaması gerekmektedir. Kalıba karbon fiberin yapışmaması için wax adı verilen krem benzeri bir madde ile kalıp defalarca silinir. Bu işlem hem kalıbın daha temiz ve prüzsüz olmasını sağlar hem de karbon-fiber liflerinin kalıba yapışmasını engeller.

3.  Materyallerin yerleştirilmesi

Kalıp uygulamaya hazır hale getirildikten sonra , kalıp üzerine karbon fiber lifleri birer örtü gibi üst üste serilir. Karbon fiber lifleri, elde edilmek istenen kompozitin gücüne göre istenilen sayıda yerleştirlebilir. Daha sonra vakum torbası ,reçinenin eşit bir şekilde dağılması için yanlarına yerleştirilen spiral pipe ve hava almasını engelleyen yapıştırıcı maddelerle birlikte karbon fiber örtülerinin üzerine hava almayacak şekilde kapatılır. Bir tarafı vakum pompasına diğer tarafı ise reçineye ulaşacak şekilde tıpalarla birlikte hortumlar yerleştirilir.

  1. Reçine hazırlanması uygulanması

Sanayi ortamında üretilen ve direkt kullanıma hazır reçinelerin yanı sıra epoxy ve hardener adı verilen iki kimyasal maddenin karıştırılmasıyla da reçine elde edilebilir. Epoxy ve hardener kullanılarak elde edilen reçine hem kalitesi hemde güvenilirliği açısından daha fazla tercih edilmektedir.

Reçine seçimi yapıldıktan sonra vakum pompası reçine kullanılmadan çalıştırılır. Kalıbın hiçbir şekilde hava almadığına emin olunduktan sonra vakum pompası birkez de reçineli çalıştırılır. Uygulama yapılırken vakum pompasının kullanılmasının sebepleri reçineyi eşit bir şekilde dağıtmak ve vakum pompasının gücüyle karbon liflerinin üzerinde bir basınç oluşturarak daha kolay yapışmasını sağlamaktır.

  1. Karbon fiberin kalıptan ayrılması

Reçine ve vakum pompasına bağlı olan kalıp 12 saat bekletildikten sonra bağlanma sırasının tam tersi yönünde açılır. İlk önce tıpaçlardan hortumlar çıkartılır daha sonra yapıştırıcılar ve spiral pipe çıkartılır en son ise vakum torbası karbon fiberden ayrılarak elde edilen materyal kalıptan çıkartılır.[7]

Amatör uygulama tekniklerinde ise vakum ve onun için gerekli olan malzemeler kullanılmaz sadece kalıp, reçine ve wax kullanılır. Profesyonel yönteme benzer olarak, wax kalıbı temizlemede ve reçine lifleri birbirine yapıştırmada kullanılır fakat vakumlu teknikten farklı olarak karbon fiberler kat kat serilirken aralarına reçine fırça yardımıyla sürülür ve üzerinden sert bir ruloya bastırılarak yayılması sağlanır.

Karbon fiber bu uygulama yöntemleriyle kolayca elde edilir ve istenilen alanda rahatça kullanılacak duruma getirilir.

Karbon-fiberin uygulanması bu kadar basitken gelecekte hayatın birçok alanında karşımıza çıkacağını öngörmemiz çok da zor olmasa gerek. Gelecekte hayatımızın birçok alanında bilerek veya bilmeyerek birçok kompozit malzemeyle şuanda olduğu gibi iç içe olacağız ama en önemlisi son zamanlarda üretilen kurşun geçirmez yelekler ve mayına dayanıklı araçlar düşünüldüğünde daha çok askeri alanda bu ürünlerin kullanımı yaygınlaşacak gibi görünüyor. [8]


 

Referanslar;

[1] Derek Hull , an introduction to composite materials, Cambridge: University press, 1981, sf. 2

[2]  Lee, Stuart M. (Ed.), International Encyclopedia of Composites, “Historical Perspectives of

Composites,” New York: VCH Publishers, 1990.

[3] Derek Hull , an introduction to composite materials, Cambridge: University press, 1981, sf. 3

[4] Derek Hull , an introduction to composite materials, Cambridge: University press, 1981, sf. 5

Fotoğraf: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Cfaser_haarrp.jpg

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak istersen
Patreon üzerinden
aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv