Karbon fiber (grafit fiber) yaklaşık 0,0002-0,0004 inç (0,005-0,010 mm) çapında ve çoğunlukla karbon atomlarından oluşan uzun, ince bir malzeme lifidir. Binlerce lifin bir araya gelmesiyle karbon elyaf (karbon fiber) oluşur.
Aynı mukavemetteki bir karbon fiber, çelikten beş kat daha güçlü ve iki kat daha serttir. Çelikten daha güçlü ve sert olmasına rağmen çelikten daha hafiftir. Hafif olması birçok parça için ideal üretim malzemesi haline getirir. Karbon fiberin diğer özelliklerine bakacak olursak;
● Sertliği yüksektir.
● Çekme mukavemeti yüksektir.
● Düşük ağırlık/güç oranına sahiptir.
● Kimyasal direnci yüksektir.
● Sıcaklık, aşırı ısıya toleranslıdır.
● Düşük termal genleşmeye sahiptir.
Bu nedenle karbon fiber, havacılık, otomotiv, askeri ve eğlence uygulamaları gibi birçok endüstride çok popülerdir.
İlk olarak 1879 yılında Thomas Edison’un pamuk ipliklerini veya bambu gümüşlerini yüksek sıcaklıklarda fırınlamıştır. Ardından onları tamamen karbon fiber bir filamente karbonlaştırmıştır. Karbon fiberin geçmişi bu dönemlere dayanmaktadır.
1958’de, yüksek performanslı karbon fiberler, Cleveland, Ohio’nun hemen dışında icat edildi. Verimsiz olmalarına rağmen, bu lifler yaklaşık %20 karbon içeriyordu ve düşük mukavemet ve sertlik özelliklerine sahipti.
1963 yılında, karbon fiberin mukavemet potansiyelinin gerçekleştiği bir İngiliz araştırma merkezinde yeni bir üretim süreci geliştirildi.
Karbon Elyaf İle Neler Yapılır?
Karbon fiber inşaat, mühendislik, havacılık, yüksek performanslı araçlar, spor ekipmanları ve müzik aletlerinde vardır. Enerji alanında ise yel değirmeni kanatlarının üretiminde kullanılmaktadır. Buna ek olarak, doğalgaz depolamada ve ulaşım için yakıt pillerinde de kullanılmaktadır.
Karbon fiber, uçak endüstrisinde hem askeri hem de ticari uçaklarda olduğu kadar insansız hava araçlarında da vardır. Petrol arama için derin su sondaj platformları ve borularının imalatında kullanılmaktadır.
Havacılıkta Karbon Fiberin Önemi
Boeing 787 Dreamliner ve Airbus A350 XWB’nin öncülük etmesiyle, ticari havayolları uçak gövdeleri üretiminde daha fazla kompozitler kullanılmaya başlandı. Elikten daha güçlü, alüminyumdan daha hafif olduğundan, havacılık mühendisleri hayallerindeki uçakları karbon fiber malzemeleriyle rahatlıkla tasarlayabiliyorlar. Düşük yakıt maliyetleri, geliştirilmiş aerodinamik ve daha az parça gereksinimiyle, karbon fiberin geleceğin tercih edilen uçak yapısal malzemesi olmaya hazırdır.
Geleceğin ticari uçakları, günümüz askeri uçaklarına benzer şekilde, gövde ve kanatların birbirine karıştığı tasarımları içerebilir. Bu tür bir tasarım, bir uçağın kaldırma-sürükleme oranını büyük ölçüde iyileştirerek, uçağı aerodinamik olarak daha verimli hale getirirken yine de ağırlığı azaltır.
Yakın tarihli bir Airbus konsept uçağı, hava akışını iyileştirmek ve daha fazla kabin alanı sağlamak için tasarlanmıştır. Aynı zamanda bu uçak daha kalın, kavisli bir gövdeye sahiptir. Daha uzun, daha ince kanatlar sürtünmeyi azaltacak ve yakıt verimliliğini artıracaktır. U şeklindeki bir kuyruk, motor gürültüsünü azaltmak için bir kalkan görevi görür. Tüm bu kavramların ortaya çıkmasını sağlayan ana madde karbon fiberdir.
İnsansız Hava Araçlarında Karbon Fiber Teknolojisi
Günümüz İHA uçak gövdelerinin yapımında, karbon fiber takviyeli polimerler (CFRP) ana maddedir. CFRP kompozitleri, birincil yapısal bileşen olarak karbon fiber ile birlikte ısıtıldığı zaman sertleşen termoset reçineler ile birlikte kullanılır.
Karbon fiber kullanımı, dronların ağırlığını alüminyuma kıyasla %20-40 oranında önemli ölçüde azaltabilir. Tipik olarak karbon fiber parçalarla yapılan büyük endüstriyel dronların net ağırlığı 5 ile 50 kg arasındadır. Havacılıkta, uçak ne kadar hafif olursa o kadar kolay havalanır. Aynı zamanda daha az enerji tüketimi sağlar.
İHA’larda kompozitlerin metallere göre sağladığı avantajlara baktığımızda:
- Düşük ağırlık
- Mükemmel korozyon direnci
- Yorgunluğa (Fatigue) karşı yüksek direnç
- Konik bölümler ve karmaşık konturlu parçaları üretme kolaylığı
- Radar tespitini zorlaştıran, “gizli” yetenekler sağlayan kompozitlerin düşük radar ve mikrodalga absorpsiyonu
- Yüksek irtifa uçuşunda operasyonel sorunları azaltan çok düşük bir termal genleşme
Dezavantajlara da baktığımızda:
- Daha yüksek maliyet
- Yerleşik tasarım kriterlerinin göreceli eksikliği
- Yüksek sıcaklıkta veya ıslakken yapısal özelliklerin bozulması
- Sert inişlerde zayıf enerji emilimi ve bunun sonucunda oluşan darbe hasarı
- Yıldırım çarpmasına karşı koruma ihtiyacı
İHA sektörü büyümeyi, ticari ve askeri kuruluşlar ile tüketicilere değer sağlamaya devam ediyor. Bu araçlar bizi güvende tutuyor, ihtiyaç duyduğumuz ve kullandığımız harici yükleri daha verimli bir şekilde teslim edilmesine olanak sağlıyor. Ayrıca hem yurt içinde hem de yurt dışında özgürlüklerimizi savunanları korumamıza yardımcı oluyor. Hafif, güvenilir ve uygun fiyatlı malzemeler bu endüstrinin ilerlemesine yardımcı olacaktır. Karbon kompozit malzemeler, petek çekirdekli yapılar, eklemeli imalat ve dielektrik ayarlı malzemeler bugün bu endüstrinin kilit parçalarıdır. Gelecekte bu araçların işlevselliğini ve verimliliğini artırmaya devam edecektir.
