Karbon fiber ürünler hayatımızda yaygın olarak dağıtılmaktadır. Karbon fiber birçok günlük ihtiyacın karşılanması için iyi bir malzemedir. Peki karbon fiber nedir? Karbon fiberin özellikleri nelerdir? Karbon fiberin diğer sıradan malzemelerle karşılaştırıldığında avantajları nelerdir?
Aslında karbon fiberin pek çok türü vardır. Peki karbon elyafın kategorileri nelerdir? Çeşitli kategorilerin avantajları ve özellikleri nelerdir?
Karbon fiber nedir?
Karbon fiber (kısaca CF), %95'in üzerinde karbon içeriğine sahip, yüksek mukavemetli ve yüksek modüllü fibere sahip yeni bir fiber malzeme türüdür. Lifin eksenel yönü boyunca istiflenmiş pul grafit mikrokristalleri gibi organik liflerin karbonize edilmesi ve grafitleştirilmesiyle elde edilen mikrokristalin bir grafit malzemedir. Karbon fiber "dış kısmı yumuşak, içi sert"tir. Metal alüminyumdan daha hafiftir ancak mukavemeti çelikten daha yüksektir. Korozyon direnci ve yüksek modül özelliklerine sahiptir. Milli savunma, askeri sanayi ve sivil kullanımda önemli bir malzemedir. Sadece karbon malzemelerin doğal özelliklerine sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda tekstil elyaflarının yumuşaklığına ve işlenebilirliğine de sahip. Yeni nesil takviye elyafıdır.
Karbon fiberin birçok mükemmel özelliği vardır. Karbon fiber, yüksek eksenel mukavemete ve modüle, düşük yoğunluğa, yüksek özgül performansa, sürünme yok, oksitleyici olmayan ortamda ultra-yüksek sıcaklık direncine, iyi yorulma direncine, metal olmayan ve metal arasında özgül ısı ve iletkenliğe, küçük termal genleşme katsayısına ve anizotropiye, iyi korozyon direncine ve iyi X-ışını geçirgenliğine sahiptir. İyi elektrik ve termal iletkenlik, iyi elektromanyetik koruma, vb. Geleneksel cam elyafla karşılaştırıldığında, karbon elyafın Young modülü, geleneksel cam elyafınkinden 3 kat daha fazladır ve Kevlar elyafla karşılaştırıldığında Young modülü, geleneksel cam elyafın yaklaşık 2 katıdır. Organik çözücüler, asitler ve alkalilerde çözünmez ve şişmez; korozyona karşı olağanüstü dirence sahiptir. Karbon elyafın kategorileri nelerdir? Karbon fiber, ham madde kaynağına göre poliakrilonitril-bazlı karbon fiber, 1K karbon fiber-tüp asfalt-bazlı karbon fiber, viskon-bazlı karbon fiber, fenolik-bazlı karbon fiber ve buharla-büyütülmüş karbon fiber olarak ayrılabilir. Performansa göre genel-amaçlı, yüksek-orta-modüllü yüksek-mukavemetli, yüksek-model ve ultra-yüksek-model karbon elyaf olarak ayrılabilir ve durumuna göre filament, kısa elyaf ve kısa{27}}kesilmiş elyaf olarak ayrılabilir. Mekanik özelliklerine göre genel-amaçlı ve yüksek-performanslı tiplere ayrılabilir. Genel amaçlı karbon fiberin gücü 1000 MPa, modülü ise yaklaşık 100 GPa'dır. Yüksek performanslı karbon fiber, yüksek mukavemetli türe (mukavemet 2000 MPa, modül 250 GPa) ve yüksek türe (modül 300 GPa veya daha fazla) bölünmüştür. 4000 MPa'nın üzerindeki mukavemete ultra-yüksek mukavemet türü de denir; 450 GPa'dan büyük modül, ultra-yüksek model olarak adlandırılır.
Uzay ve havacılık endüstrilerinin gelişmesiyle birlikte, %2'den daha fazla uzamaya sahip, yüksek-mukavemetli ve yüksek-mukavemetli karbon elyaf da ortaya çıktı. En çok kullanılanı poliakrilonitril PAN-bazlı karbon fiberdir.
Piyasadaki karbon fiberlerin %90'ından fazlası esas olarak PAN-bazlı karbon fiberlerdir.
Karbon fiberin gizemli örtüsü tam olarak ortaya çıkmadığı için insanlar bunu yapmak için doğrudan karbon veya grafit kullanamıyor. Hammadde olarak yalnızca karbon-içeren bazı organik lifleri (naylon, akrilik, suni ipek vb.) kullanabilirler ve organik lifleri plastik reçinelerle birleştirerek karbonlaştırıp karbon lifleri oluşturabilirler.
PAN-bazlı karbon fiber
PAN-bazlı karbon fiberin üretim süreci temel olarak iki işlemi içerir: öncü üretim ve öncü karbonizasyon: ilk olarak, akrilonitril polimerizasyonu ve eğirme gibi bir dizi işlem yoluyla, poliakrilonitril fibere veya "ana" adı verilen öncüye işlenir ve bu öncüler, oksidasyon için 200 ila 300 derece C'de bir oksidasyon fırınına yerleştirilir ve ardından bir karbonizasyon fırınında, karbonizasyon ve diğer işlemler belirli bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. Karbon fiber yapmak için 1000 ila 2000 derece C.
Asfalt-bazlı karbon fiber
Amerika Birleşik Devletleri, tekstil asfaltı-bazlı karbon elyafı içeren baz metal mezofaz asfaltı icat etti. Öncül stabilize edildikten ve karbonize edildikten sonra, karbon fiberin gerilme mukavemeti 3,5G Pa ve modül 252G Pa'dır; Fransa, ısıya-dirençli ve yüksek iletkenliğe sahip mezofaz asfalt-bazlı karbon fiberi geliştirirken, Polonya, metal-kaplı karbon fiber için yeni bir yöntem geliştirdi. Örneğin, bakır-kaplanmış asfalt-bazlı karbon fiber, bir karıştırma yöntemiyle yapılır. İlk olarak, bakır tuzu izotropik kömür katranıyla karıştırılır, santrifüjle döndürme gerçekleştirilir, havada stabilize edilir ve alaşımlı bakır karbon fiber elde etmek için yüksek{11}}sıcaklıktaki hidrojende işlenir. Dünyanın asfalt-bazlı karbon elyaf üretim kapasitesi nispeten küçüktür. Asfalt-bazlı karbon elyafın yurt içi araştırma ve geliştirmesi daha erken başladı, ancak yabancı ülkelerle karşılaştırıldığında geliştirme, üretim ve uygulama konusunda büyük bir boşluk var.
Karbon fiber, farklı ürün özelliklerine göre iki kategoriye ayrılır: havacılık sınıfı ve endüstriyel sınıf, aynı zamanda küçük çekme ve büyük çekme olarak da bilinir. 48K'nın üzerindeki karbon fibere genellikle 360K ve 480K dahil olmak üzere büyük çekme karbon fiber adı verilir. Havacılık-sınıf karbon fiber, ilk aşamada çoğunlukla 3K'ydı ve yavaş yavaş 12K ve 24K'ya dönüştü. Ağırlıklı olarak milli savunma ve askeri sanayi ile yüksek teknolojinin yanı sıra uçak, füze, roket, uydu, olta, sopa, raket gibi spor ve eğlence ürünlerinde de kullanılmaktadır. Endüstriyel sınıf karbon fiber; tekstil, tıp ve sağlık, elektromekanik, inşaat mühendisliği, ulaşım ve enerji gibi farklı sivil sektörlerde kullanılmaktadır.
,
