Karbon fiber veya karbon elyaf, teknoloji ürünü ipliksi türde bir maddedir. Ana bileşimleri karbonlaşmış akrilik elyaf (orlon), katran ve naylondur. Karbon fiberin yapısı çelikten 4,5 kat daha hafif olmasına rağmen 3 kat daha dayanıklıdır. Karbon fiber, naylon gibi esnek ve orlon gibi de orta derecede dayanıklı değildir. Daha sert ve çok daha dayanıklıdır.
Karbon fiber, orlon, naylon, katran ile bazı başka yan maddelere uygulanan çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemler ile oluşturulur. Katran maddesi ve orlon maddesinin kullanımına göre karbon fiber türü ikiye ayrılır; Katran temelliler ve PAN (Orlon’a “PAN” denmektedir) tabanlı karbon fiber. Katran temelli karbon fiber üretimi dünya üretiminde %6 iken, PAN temelli karbon fiber üretimi %94’ü bulmaktadır. Katran temelli karbon fiber üretimi ağırlıklı olarak Japonya , PAN temelli karbon fiber üretimi ise Amerika’da yapılmaktadır.
Karbon fiberin, PAN temelli üretimi dört ana aşamada gerçekleşmektedir: “Oksidasyon”, “Karbonizasyon”,”Yüzey iyileştirmesi” ve “Kaplama”. Oksidasyon aşamasında Orlon maddesi 300 °C’ye kadar ısıtılmaktadır. Isıtılma aşamasında maddede bulunan Hidrojen maddesi ayrıştırılıp, Oksijen maddesi eklenmektedir. Bu sayede üretilecek olan Karbon Fiber‘e yanmazlık özelliği kazandırılır. Karbonizasyon aşamasında orlon, 3000 °C’ye kadar ısıtılmaktadır. Karbonizasyon aşamasında bobinlerdeki orlon, 3000 °C’ye kadar ısıtılmaktadır. Bu esnada maddede %100 karbonlaşma sağlanmaktadır. Bu işlemde sıcaklığın yüksekliğine göre üretilen karbon fiberin sınıfı belli olmaktadır. Yüzey iyileştirmesi esnasında bobindeki orlon, reçineye daha iyi yapışması için elektrolitik ortamda iyileştirilir.Diğer karbon fiber çeşitleri:
- Katran Tabanlı Karbon Fiberler: Katran tabanlı olan bu karbon fiber çeşididir. Diğer karbon fiber çeşitlerinden çok farkı yoktur. Nemden etkilenmezler, sürtünmeye ve aşınmaya dayanıklıdırlar.
- Aramid Karbon Fiberler: Bu karbon fiber çeşidinin adı “Aromatik polyamid”in kısaltılmasından geliyor. Bu karbon fiber çeşidinin molekülünde 6 Karbon atomu, birbirlerine Hidrojen ile bağlanmaktadır. Bu karbon fiberin üretimi 2 Amerikan şirketi tarafından yapıldığı için farklılık göstermektedir. İki türe ayrılır: “Kevlar” 29 ve “Kevlar 49”. Bu karbon fiberin maliyeti düşük, darbeye olan direnci yüksektir.
- Bor Karbon Fiberler: Tungstenden oluşan bir çekirdeğin, Bor maddesiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiber çeşididir. Maliyeti yüksek olduğu için henüz proje aşamasındadır. Uçak yapımında bu karbon fiberler kullanılması amaçlanıyor.
- Silisyum Karbür Karbon Fiberler: Tungstenden oluşan bir çekirdeğin, Silisyum karbür bileşiğiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiberdir. Jet uçağı motorlarında kullanılmaktadırlar.
- Alümina Karbon Fiberler: Alüminyum ve Oksijen tarafından oluşturulan bileşik olan “Alümina” kaplı çekirdeğin, Silisyum ve Oksijen tarafından oluşturulan “Silisyum dioksit” maddesiyle kaplanması sonucu oluşan karbon fiber çeşididir. Alümina Karbon Fiberler, yüksek sıcaklığa dayanabilme özelliğine sahip oldukları için uçak motorlarında kullanılmaktadırlar.
Karbon fiber kullanım alanları çok geniştir. Her geçen gün yeni bir kullanım alanı bulabilmektedir. Hafif ama dayanıklı olması özellikle uzay araçlarında, uçaklarda, gemilerde, motorlarda, çok dayanıklı olması gereken diğer yüzeylerde vs. kullanılabilmesini sağlamaktadır.
“fiber” sözlük anlamı:
a. Sıkıştırılmış bitki tellerinden yapılmış mukavva veya tahta.
“fiber” kelimesinin İngilizcesi:
{N} fiber, fibre
Kelime kökeni:
İngilizce