Karbon Lifleri Nedir?
Karbon fiberler ağ yapılı bir yapıya sahip grafit benzeri uzun zincirli karbon birimleridir. Uzun zincirli ağ yapılı karbon birimleri, karbon atomlarının katenasyon özelliğinden, yani benzer bir elementin atomlarının bağlanmasından dolayı meydana gelir.
Thomas Elva Edison, doğal pamuk kullanarak ampulün elektrik filamanını test etmek için ilk karbon filamanı yaratmasıyla tanınır.
Öncüler, karbon elyaf üretiminde kullanılan ham elementlerdir.
Karbon Fiber Nasıl Yapılır?
Çoğu karbon fiber, poliakrilonitril veya PAN adı verilen bir işlemden yapılır. Bu süreçte, bir elyaf tabakası o kadar yüksek ısıya maruz kalıyor ki, karbonun kendisi dışında hemen hemen her şey yanıyor.
Normal Karbon Elyaf Üretim Adımları:
1: Polimerizasyon: Uzun zincirli bir polimer yapmak için öncü polimerize edilir.
2: Eğirme: Bundan sonra polimer uzun lifler halinde eğrilir. Kimyasal ve mekanik prosedürler yaygın olarak kullanılmaktadır.
3: Oksitleyici: Elyaf havada ısıtılarak stabilize edilir. Havadaki oksijeni emer ve elyafı stabilize etmek için karmaşık bir atomik yeniden düzenleme sürecinden geçer.
Şekil 4: Karbonizasyon: Oksijenin yokluğunda, oksitlenmiş ve stabilize edilmiş fiberin yüksek sıcaklıkta işlenmesi, karbon olmayan atomların kaybına yardımcı olur ve bu da sıkı bir şekilde paketlenmiş bir karbon fiberle sonuçlanır.
Şekil 5: Yüzey işlemi: Kömürleşmiş fiberlerin bağlanma özellikleri zayıftır, bu da onların bir kompozit üretmek için epoksi reçinelerle birleşmesini zorlaştırır. Bu bağlanma kabiliyetinin kazanılması için yüzeye uygun kimyasallar uygulanır.
6: Boyutlandırma: Koruma amacıyla elyaflar epoksi, naylon, polyester ve diğer malzemelerle kaplanır. Buna boyutlandırma denir.
Karbon fiber ham levha daha sonra diğer metallerle birleştirilir (karbon fiber iletkenliğini anlamanın önemli bir kısmı) ve ortaya çıkan bileşik, kimyasal işlemler kullanılarak işlenir ve boyutlandırılır.
Süreç derinlemesinedir ve bu nedenle pahalıdır.
İLGİLİ: Karbon Fiber Levhaların 5 Eğlenceli Kullanımı
Karbon Fiber Kendi Başına İletken midir?
Hayır, karbon fiber başka bir şeyle birleştirilmediğinde ne termal ne de elektrik iletkenliği açısından çok iletken değildir.
Isı iletkenliği (ısıyı iletme yeteneği) söz konusu olduğunda karbon fiber ortalamadır. Nispeten yüksek kaliteli karbon fiber, silikon kadar ısı iletkenliğine sahiptir ve en üst düzey karbon fiber bile alüminyumdan daha az iletkenliğe sahiptir.
Sade eski karbon fiber, elektrik iletimi söz konusu olduğunda biraz daha iyidir, ancak yine de çoğu metal kadar iletken değildir. Elektrik iletkeni olarak kullanıldığında, karbon fiberi diğer metallerle birlikte örerek veya elmas veya grafit gibi elektriksel olarak daha iletken bir karbon allotropu oluşturarak değiştirmek en iyisidir.
Karbon Fiberi Nasıl Daha İletken Hale Getirebiliriz?
Elektrik iletkenliğini arttırmak için karbon fiberin izole edildikten sonra başka malzemelerle işlenmesi gerekir. İletkenliği arttırmak için karbon fiberle birleştirilecek en iyi bileşikler, iyonik iletkenlik için lateks (sıvı yoluyla) ve elektronik iletkenlik için (katı yoluyla) silis dumanıdır.
Isıyı karbon fiber -- elmastan çok daha iyi ileten karbon allotropları vardır, özellikle ısıyı düz karbon fiberden 100 kata kadar daha etkili bir şekilde iletir. Bu allotropları oluşturmak hiç de kolay değil ancak dönüşümleri mümkün kılan basınç, ısı ve diğer kimyasal reaksiyonları içeren süreçler var. Karbon fiber hazır olduğunda bu karbon allotroplarıyla işlenirse, karbon fiberin ısı iletkenliği birkaç kat artabilir.
Peki karbon fiber iletken midir? Temel durumunda pek bir şey yok ama biraz bilimle bu kolayca değişebilir.
İLGİLİ: Karbon Fiber Sargı Ne İçin Kullanılır?
Karbon Fiber Metalle Karşılaştırıldığında İletken midir?
Tek başına değil, hayır. Ancak diğer metallerle işlendiğinde öyledir.
Tek başına karbon fiber, metalle karşılaştırıldığında çok iyi bir elektrik iletkeni değildir. Aslında çoğu metal, düz karbon fiberin yanı sıra elektriği 1000x civarında iletir. Diğer malzemelerle işlendiğinde bile, konu elektrik iletimi olduğunda karbon fiber hala metal kadar iyi değildir. Gümüş, alüminyum ve bakır gibi metaller elektriği iletme konusunda özellikle iyidir; yine de iyi elektrik iletkenleriyle işlenmiş karbon fiberden yaklaşık 100 kat daha hızlıdır.
Termal enerjiyi iletmek farklı bir hikaye. İyi yapıldığında ve doğru şekilde işlendiğinde, karbon fiber aslında bakır gibi yüksek iletkenliğe sahip bir metalden daha fazla ısı iletkenliğine sahiptir.
İletken Karbon Fiberin Kullanım Alanları Nelerdir?
İşlenmiş karbon fiber, hafif ve dayanıklı olma özelliğinden yararlanan kask ve bagaj gibi lüks eşyalarda kullanılıyor. Ancak karbon fiberin iletkenliği, mühendislik ve havacılık projelerindeki konteyner kaplamaları gibi daha endüstriyel kullanımlarda parlıyor.
Bilim hala karbon fiberin elektriksel iletkenliğini geliştirmek için çalışıyor. Üstün dayanıklılığı, ısıya dayanıklılığı, hafifliği ve metal teller ile karşılaştırıldığında küçük olması nedeniyle gelecekte karbon fiber ürünlerinin iletken olarak çok daha fazla kullanılması bekleniyor.
Karbon fiberin birçok şaşırtıcı özelliği vardır. Bunlardan biri, diğer metal kompozitlerle işlendiğinde termal veya elektrik iletkeni olarak inanılmaz yetenekleridir.
