Yüksek teknoloji olan karbon elyaf polimer kompozitler (CFRP), sürekli yeni uygulama alanları açarak birçok sektör için vazgeçilmez bir malzeme olmaya devam ediyor. Son dönemlerde özellikle inşaat sektöründe sıklıkla kullanılan bir malzeme olarak karşımıza çıkan karbon elyaf takviyeli polimer kompozitler, gelişen dünyada kendine çok daha geniş bir skalada kullanım alanı buluyor.

Karbon Elyaf Takviyeli Polimer Kompozitlerin (CFRP) Anlamı Nedir?

Karbon fiber elyaf takviyeli kompozitler çeşitli malzemelerden oluşur. Bu malzemeler bir baz veya taşıyıcı madde olan matris ve matrisin içerisine yerleştirilen ikinci bir takviye malzemesi olan karbon fiberdir. Matris malzemesi seçiminde genellikle sentetik bir reçine tercih edilir. Karbon elyaf takviyeli polimer kompozitler mekanik açıdan farklı özellikler gösterebilirler. Bu farklılıklar işlemde kullanılan karbon fiber türü, matris ve üretim sürecinden kaynaklanır. Nihayetinde ortaya çıkan kompozit malzeme hafif ve yüksek mukavemet-ağırlık oranına sahip olduğundan yapısal uygulamalarda rahatlıkla tercih edilebilir.

Karbon elyaf takviyeli polimer kompozitlerin en öne çıkan avantajlarından ve özelliklerin biri artan mukavemet-ağırlık oranıdır. Dolayısıyla çelik ve metal gibi materyallere kıyasla çok daha fazla mukavemet ve ağırlık oranı gösteren bir özellik ortaya koyar.

CFRP’ler, çevresel faktörlere karşı dayanıklılık gösterebilen malzemeler olduğundan zorlu ortamlarda kullanılmak için en ideal tercihlerden biri olacaktır. Ayrıca CFRP uyarlanabilir bir malzeme olduğundan karmaşık yapılar için rahatlıkla kullanılabilir.

Karbon Elyaf Takviyeli Polimer Kompozitler Nasıl Üretilir?

CFRP’lerin üretim maliyetleri ve özellikleri uygulamaya bağlı olarak farklılık gösterebilir. Dolayısıyla nihai ürünler farklı avantajlar sunabilir. CFRP’leri üretmeni birbirinden farklı yolları, yöntemleri vardır. Fakat bu yollar ve yöntemler ne olursa olsun CFRP üretimin başında her zaman için karbon elyaf olmazsa olmazdır. Karbon fiber malzeme tekstile dokunur, serilir veyahut örülür ya da sarılır. Bu işlemler tekstil sektöründe de aşina olunan işlemlerdir. Farklı sektörler için farklı CFRP uygulamalarından bahsetmek mümkündür. Mesela inşaat sektörü için bu süreç şu şekilde işler; onarıma hazır hale gelen beton yüzey üzerine bir fırça yardımı ile epoksi bileşenli bir astar sürülür. Bu uygulamanın amacı aderansı arttırmaktır. Daha sonra yüzey üzerinde oluşan küçük boşlukları doldurmak için yine epoksi bileşenli macun uygulanır. Nihayetinde de yüzeye UV dayanıklı bir boya sürülerek işlem sonlandırılır. Fakat farklı sektörlerde uygulamaya bağlı olarak farklı teknolojiler ile bu işlemi sürdürmek mümkün.

CFRP üretimi için kullanılan teknolojiler aşağıda belirtildiği gibidir:

  • Prepreg sıkıştırmalı kalıplama,
  • Otoklav teknolojisi,
  • Sarma yöntemleri,
  • Üfleme yöntemleri,
  • RTM süreci (Reçine Transfer Kalıplama olarak ta bilinir.)
  • Islak presleme,
  • Örgü,
  • Bant döşeme,
  • Fiber yerleştirme.

CFRP’nin Özellikleri Nelerdir?

CFRP’lerin genel kullanım alanları yük taşıma kapasitesinin üst düzeylere taşındığı durumlardır. Bu noktada CFRP’ler hafiflik ve dayanıklılıkları ile tercih sebebi olurlar. Zira CFRP alüminyum ağırlığının yalnızca %60 ağırlığında iken çelikten de yaklaşık olarak beş kat daha hafif bir malzemedir. Bu da demek oluyor ki CFRP çok daha hafif olmasına karşın kendisiyle aynı işlevi gören diğer materyallere göre çok daha yüksek bir mukavemeti çok daha az bir ağırlığa sahip olarak gösterir. CFRP’nin diğer öne çıkan özelliklerinden birkaçı yorulmaya karşı yüksek mukavemet gösteriyor olması, X-ışınına karşı şeffaflık göstermesi ve termal genleşmeye olanak sağlamasıdır. Bu kişisel bileşenlerin gösterdikleri spesifik özellikler etkilenebilir, kontrol edilmeye açıktır ve optimize edilebilir. Uygulama ve kullanım açısından kolaylık sağlayan bir malzemedir. Herhangi bir yapı elemanını güçlendirmek için kolaylıkla kullanılabilir. Esnek olduğundan farklı formlarda rahatlıkla adapte edilebilir.

Karbon Elyaf Takviyeli Polimer Kompozitlerin Kullanım Alanları

karbon fiber kullanim alanlari

CFRP uygulama alanlarının sınırsız olduğunu söylemek yanlış olmaz. En yaygın kullanım alanları ise havacılık sektörü, otomotiv sektörü ve rüzgar enerjisidir. Hafif olmasına karşın gösterdiği dayanıklılık, bu sektörlerde özellikle tercih dilmesinin sebebidir. Bunun yanında tıbbı teknoloji, robotik, otomasyon teknolojisi, ölçüm teknolojisi, optikler, makine mühendisliği, spor ve eğlence sektörlerinde de kullanım alanlarına rastlamak mümkündür. Spor malzemelerinde özellikle tenis, buz hokeyi ve kayak gibi spor dallarının ekipmanlarında sıklıkla tercih edilir. Karbon elyaf sağlamlığı ve yanmazlığı arttıran bir malzeme olduğundan ortopedik malzemelerin üretiminde de kullanılır. CFRP kullanımına inşaat sektöründe de sık sık rastlamak mümkündür. Tünellerde, duvarlarda, kolonlarda, kirişlerde, bacalarda, silo ve borularda yüksek mukavemet ve darbe direncini arttıran bir malzeme olduğundan kullanılır.  Dolayısıyla neredeyse tüm uygulama alanları için CRFP tercih edilebilir bir malzemedir.

GFRP ile Arasındaki Fark Nedir?

CFRP ile GFRP arasındaki en temel ayrım elyafların kullanımıdır. CFRP’de takviye olarak karbon elyaf kullanırken, GFRP’de ise cam elyaf kullanılır. Karbon fiber bazlı takviyeler, cam elyaf takviyeli plastiklere kıyasla çok daha yüksek mukavemet gösterir. Bunun yanında daha düşük bir yoğunluğa sahip olduklarından dolayı hafif bir malzemedir. CFRP düşük yoğunluğa sahip hafif bir malzeme iken, GFRP orta yoğunluğa sahip orta ağırlıkta bir malzemedir. GFRP’lerin sıklıkla tercih edilmesinin sebebi ise mali açıdan çok daha uygun olmasından kaynaklanır. Dolayısıyla karbon elyaf takviyeli malzemenin kullanılamadığı alanlarda genellikle cam elyaf takviyeli plastikler kullanılır.

CFRP Kompozitlerin Dezavantajları Nelerdir?

CFRP’ler sağladığı avantajların yanında bazı dezavantajları da mevcuttur. Bu dezavantajlar maliyet ve iletkenlik olarak karşımıza çıkar.

Karbon elyaf takviyeli polimer kompozitler çok başarılı malzemeler olmasına karşın, mali açıdan çok fahiş fiyatlara temin edilebildiği için her uygulamada kullanılamaz. Karbon elyafın maliyeti karbon elyaf türüne ve elyaf çekme türüne bağlı olarak ciddi oranda değişiklik gösterebilir. Ham haldeki işlenmemiş karbon fiber dahi, fiberglastan 5 ila 25 kat arasında değişkenlik gösteren bir oranda daha maliyetli bir malzemedir. Aradaki bu fark çelik ile kıyaslandığında daha da artar.

İletkenlik ise karbon fiber kompozitler ile kıyaslandığında hem avantaj hem de bir dezavantaj olarak görülebilir. Karbon fiberin iletken olmasına karşın cam elyaf yalıtkan bir malzemedir. İletken olmaları sebebiyle birçok uygulamada karbon elyaf ve metal yerine cam elyaf tercih edilir.

Bu sebeplerden ötürü merdiven korkuluklarında cam elyaf tercih edilir. Fiberglas merdiven elektrik hattına temas ettiği takdirde elektrik çarpması gibi durumlarla karşılaşmak işten bile değildir. Bunun önüne geçebilmek için de CFRP’den yararlanılır.