6-7 Yüksek Performanslı lifler

7/28/2019 6-7 Yksek Performansl lifler

1/20

6. KARBON LF

Gelitirilmi dayanm, sertlik ve dk younluklaryla yksek performansl karbon

lifleri son gelimelerden birisidir. Bu lifler normal scaklklarda elastiktir, bu sayede bu

liflerin srtnme direnci yksektir ve abuk yorulmazlar. Karbon lifleri gl oksidasyon

ortamlar ya da erimi metallerle etkileim haricinde kimyasal olarak ilgisizdirler. Karbon

liflerinin olaanst termofiziksel zellikleri ve mkemmel snmleme karakteristikleri

vardr. Buna karn, bu liflerin baz kusurlar vardr. Bu lifler gevrektir, arpma direnleri ve

kopma uzamalar dktr ve genleme katsaylar ok kktr. Pahal malzemelerde

bulunurlar, bu yzden maliyet fiyatnn temel faktr olmad alanlarda kullanlr. Ama son

zamanlarda retim tekniklerinin gelimesi ile bu liflerin fiyatlar dmeye balamtr[49].

Karbon lifi cam liflerinden daha sonra gelien ve tekstilde farkl amalarla kullanlan

bir lif trdr. Karbon liflerinin en nemli zellikleri dk younluun yan sra yksek

mukavemet ve tokluk deerleridir. Karbon lifleri nemden etkilenmezler ve srtnme

mukavemetleri ok yksektir. Anma ve yorulma mukavemetleri olduka iyidir. Karbon

elyafnn tm dier liflere gre en nemli avantaj yksek modl zelliidir. Bilinen tm

malzemelerle eit arlkl olarak karlatrldnda en sert malzemedir[54].

Dnyadaki karbon lifi retiminin yaklak yars Japonya tarafndan karlanmaktadr.

En byk karbon lifi tketicisi % 60lk payla Amerikadr. Son yllarda meydana gelen

retim fazlal nedeniyle yaklak 1350 ton/yl retim miktar ile snrlandrlmtr. ekil

6.1de karbon liflerinin yllara gre retim miktarlar ve ekil 6.2de kullanm alanlarna gre

miktarlar verilmektedir. Balca karbon lifi reticileri Toray, Mitsubishi Rayon, Nippon

Carbon, Amoco ve Kurehadr[53].

ekil 6.1. Karbon liflerinin yllara gre retim miktarlar[53]

150


2/20

Karbon liflerinin kullanld iki ana sektr vardr. Bunlarn birincisi uzay havaclk ve

nkleer mhendislii ieren yksek teknolojili sektr, ikincisi segman, dili, kam pervane

ba vs. ve otomobil gvdesi gibi teknik paralar reten bir mhendislik sektrdr.

ekil 6.2. Karbon lifinin kullanld sektrler[53]

Karbon kmr ve organik bileiklerin ana elementini oluturan ametaldir. Simgesi

Cdir. Karbon lifi kimi nc liflerden, zelliklede sellozik ve akrilik liflerden sl-

mekanik ilemlerle elde edilen karbon flamandr. Ta kmr tortusundan ve polimit, yani

aromatik poliamid, polibenzimidazol gibi sl kararl bir ok polimerden elde edilir; bunlar

dk younluk eliinde sl, srtnmeye ilikin ve mekanik nitelikler bakmndan ok ilgin

ayrt edici zellikler gsterir [26].

Karbon liflerinden yaplm kompozitler 1020 elik konstruksiyonlarda 5 kat daha

dayankl ve 1/5 arlndadr. Ayn ekilde 6061 alminyum konstruksiyonlarda 7 kat daha

dayankl iken, 2 kat daha sert ve 1,5 kat daha hafiftir. Karbon liflerinin yorulma davran

bilinen tm metallerden daha iyidir. Uygun reine ile kapland zaman elde edilen

kompozitin korozyona kar dayanm iyi olmaktadr. Katran esasl karbon liflerinin

elektriksel iletkenlii bakrdan 3 kat daha fazladr. Karbon lifleri kolaylkla erimedikleri iin

yksek scaklklarn olutuu uak frenlerinde ve roketlerde kullanlmaktadr. Karbon

liflerinin zelliklerini dikey ve yatay olarak kristalitlerin mikro yapdaki yerleimi

etkilemektedir. Kurdele benzeri kristalitler az veya ok eksene paralel ekilde yerlemitir. Bu

kristalitlerin uzunluu ve dzl lif modln etkilemektedir [49].

6.1. Karbon Lifinin retimi

Karbon lifinin zellikleri kullanlan hammadde, retim aamalar ve ilem scakl ile

belirlenmektedir. Bu nedenle karbon liflerinin snflandrlmas yaplrken bu zellikler

dikkate alnarak, modllerine, gerilim dayanmlarna ve son ilem scaklklarna gre

151


3/20

yaplmaktadr. Karbon lifleri; stabilizasyon, karbonizasyon ve grafitizasyon gibi bir seri

ilemden geerek retilmektedir. Poliakrilnitril (PAN), kmr ve petrol esasl katran, selloz

ve fenolik reine prekrsrler, polivinildenklorr veya polivinildenklorr kopolimerleri ve

polimidin karbon lif retiminde yaygn olarak kullanlmaktadr.

Karbon lifi retimi srasnda yksek scaklklar sayesinde karbon olmayan elementler

gaz fazna geerek ortamdan uzaklamaktadr. Bu ekilde lif retimi iin kullanlan

hammaddenin erimeden nce ayrmasn salamak iin stabilize edilmektedir. Karbon-

karbon balarn koparmak iin yeterli enerji karbonizasyon admnda salanamadndan bu

aamada karbon liflerinde pek ok zarar meydana gelmektedir. Grafitizasyon ilem scakl

olan 2500-3000Ca kadar karbon lifleri olduka stabildir. Karbon lifi retimi srasndaki gaz

uzaklamas lif apndaki azalma ve arlk kayb ile karakterize edilmektedir. lem koullar

ve hammadde cinsine bal olarak arlk kayb %40-90 arasnda deimektedir. Mikroskopik

seviyede karbon lifleri olduka heterojen mikro yapya sahiptir. Literatrde karbon liflerinin

yapsn karakterize eden pek ok model verilmektedir. Bir karbon lifi lif eksenine ok az

paralelletirilmi kurdele benzeri grafit yapl lamellerden meydana gelmektedir. Bu

lamellerden meydana gelen tabakalar hem boyuna hem de enine balarla birbirine balanm

durumdadr. Elde edilen karbon lifinin birim hcresi ekil 6,3de verildii gibidir. Birim

hcredeki Ar-O:3/16, balanm karbon miktar 12/16, Ar-H:1/16 olarak verilmektedir[53].

ekil 6.3. Karbon lifinin birim hcresi[53]

6.1.1. Poliakrilnitril Liflerinden Karbon Lifi retimi

Karbon lifi retiminin ilk aamasnda poliakrilnitril liflerine 180 0Cde termik ileme

maruz braklmakta ve nitril gruplarnn intermolekler katlma reaksiyonu vermesi

salanmaktadr. Daha sonra 225-300 0C scaklklarda hava oksijeni ile oksidasyon ilemi

uygulanmakta ve %15 orannda oksijen life balanmaktadr. Oksidatif ilem ile, liflerin daha

sonraki ilemlerde maruz kalacaklar yksek scaklklara dayanabilmesi salanmaktadr.

Oksidasyon ilemi srasnda yapsal deiikler meydana gelebildiinden kontroll olarak

152


4/20

allmas gerekmektedir. lenmemi liften elde edilen karbon lifleri ile n oksidasyon

ilemi grm liflerden elde edilen karbon liflerinin kimyasal yaplar arasnda ok az bir fark

bulunmaktadr. Ayn ekilde karbon liflerindeki gzenek miktarlar arasnda da fark yoktur.

ekil 6.4. PAN lifinden karbon retimi[53]

Karbonizasyon ilemi azot ortamnda yapld zaman, karbonizasyon ortamnda

bulunan oksijen nedeniyle hem lif paralanmalar engellenmekte, hem de yava bir ekilde

snmay salayarak aa kan CH4, H2O, NH3, N2, HCN, CO2 ve CO gazlarn hzl

hareketleri nedeniyle karbonizasyon frnlarna zarar vermesi engellenmektedir.

Karbonizasyon iki aamada gereklemektedir. 1100 0Ca kadar n karbonizasyon ve

yaklak 1600-1800 0Ca kadar karbonizasyon ilemi gereklemektedir. Yksek scaklklarda

zincir blnmesine ve ayn zamanda apraz balanmaya neden olan hidrojen, metan,

akrilonitril ve hidrojen siyanr gibi gazlar aa kmaktadr. Yksek scaklklarda apraz

balanmay salayacak enerji, vakumlu UV k kaynaklar ile salanmaktadr.

ekil 6.4. Karbonizasyon ilemi[53]

Karbonizasyon ilemi boyunca, karbon olmayan elementler zellikle HCN, NH3 ve H2

uzaklatrlmaktadr. n karbonizasyon ileminde ise deiik miktarlarda H2O, CO ve CO2

aa kmaktadr. Bunlarn yannda az miktarlarda H2 ve CH4de serbest kalmaktadr[53].

nc admda ise karbon liflerinin zelliklerini iyiletirmek iin argon atmosferindegrafitizasyon ilemi uygulanmaktadr. Grafitizasyon ilemi 3000 0Ca varan scaklklarda

153


5/20

yaplmaktadr. Bu scaklklarda karbon lifi retimi iin kullanlan hammaddenin yapsnda

karbon harici tm elementler uzaklatrlmaktadr. Son karbonizasyon scaklna bal olarak

kabon liflerindeki karbon miktar %80-99 arasnda deimektedir. Grafitizasyon ilemi

srasnda lif yapsnda yeniden kristalizasyon meydana gelmektedir. Liflerin anizotropi

derecesi artmaktadr.

Kullanlan hammaddenin oryantasyon derecesi ve karbon lif retimi srasnda klan

maksimum scaklk retilen karbon lifin modln olduka fazla etkilemektedir. zellikle

poliakrilnitril liflerinden karbon lifi retiminden sonra liflere yzey ilemleri

uygulanmaktadr. Bu ilemlerde ama, polimerik matriks materyali ile balanma yzeyini

artrmaktr. Yzey ilemlerinde yzey przll artrlsa da, esas ama yzeyde

oksijenlenmi grup konsantrasyonunu artrmaktr. Yksek scaklklarda hava ve CO2 gibi

gazlarla ilem, lifi sodyum hidroklorr ve nitrik asit zeltilerine daldrma ve elektrolitik

olarak anma ilemi bu amala uygulanan ilemler arasndadr. Matriks ile lif arasnda ba

dayanmlar artrlarak kompozitlerde interlaminar kayma dayanm artrlmaktadr[53].

6.1.2. Bitkisel Esasl Hammaddelerden Karbon Lifi retimi

Ligninden Karbon Lifi retimi

Lignin organik bir polimer madde olup, doal olarak baz bitkilerin hcre yaplarnda,

odun kspesi ve kat yapmnda kullanlan odun hamuru artklarnda, eker kamkspesinde, saman ierisinde bol miktarda bulunmaktadr. Farkl lignin hammaddeleri farkl

zgenler ile ekstrakte edilerek saflatrlr ve ekstrakte edilen lignin hammaddesine bir

halojen asidi (en ok kullanlan HI) ile demetoksilasyon yaplmaktadr.

Selloz Maddesi ve Rejenere Selloz Liflerinden Karbon Lifi retimi

Selloz maddesi direk olarak karbon lif retiminde kullanlmamakta ncelikle rejenere

selloz lifi retilmekte daha sonra karbon lif retimi yaplabilmektedir. Rayondan karbon lifielde edilmesi 3 kompleks basamakta gereklemektedir. ekil 6.5de selloz esasl

hammaddeden karbon lifi retimi srasnda meydana gelen reaksiyonlar grlmektedir.

154


6/20

ekil 6.5. Sellozdan karbon lifinin eldesi[53]

Selloz liflerine oksidasyon ilemi karbon verimini artrmak iin uygulanmaktadr.

Temelde bir oksidasyon ilemi olan stabilizasyon ilemi srasnda, 25- 150 0Cda su fiziksel

155


7/20

olarak uzaklatrlmakta, 150-240 0C scaklklarda selloz yap tandaki su molekl

uzaklarken, 240-400 0C scaklklarda CO ve CC balar koparak aromatizasyon

gereklemektedir. 400-700 0C aralnda karbonik atklarn aromatizasyonu sonucunda grafit

benzeri tabakalar oluurken sellozun yapsnda ve oryantasyonunda bozulmalar olmaktadr.

700-2700 0Cda yaplan karbonizasyon ve grafitizasyon ilemleri srasnda germe ile boyuna

oryantasyon salanmaktadr. Yksek scaklklarda filamentler plastik yapdadr ve %150

orannda germe ilemine tabi tutulmaktadr. Selloz hammaddesinden karbon lifi retiminde

verim ancak %10-30 kadardr. Bu dk verim sellozun %44 orannda karbon iermesinden

kaynaklanmaktadr.

Lyocelden elde edilen karbon liflerinin kristalin blge oran ve kristalin hcre

byklkleri daha fazla olduu iin, rayondan elde edilen karbon liflerinin iki kat bir

dayanma sahiptir.

6.1.3. Katran Tortusu ve Ziftten Karbon Lifi retimi

Takmr katrannn destilasyonu sonucu kalan tortunun C/H oran yaklak 1,70

iken, ziftte bu oran 1,17dir. Ta kmr katranndan ve ziftten elde edilmi karbon lifleri iyi

sl iletkenlie ve ok yksek Youngs modlne sahip olduu iin kritik askeri ve uzay

uygulamalarnda kullanlmaktadr. Katran ve ziftten daha ekonomik olarak yksek

performansl karbon lifi retilmektedir. Katran ve ziftin ekonomik olmasnn nedenleri ylesralanmaktadr[53].

Hammadde olarak kullanlan katran ve zift poliakrilnitril liflerinden %40-50 daha

ucuzdur.

Katran ve ziftten elde edilen karbon liflerinin yaps grafit yapsna PAN liflerinden

elde edilenlerden daha yakndr ve bu nedenledir ki daha az enerji ile grafit haline

getirilebilmekte, daha dk scaklklarda ve daha ksa srede karbonize

edilebilmektedir. Katran ve zift hammaddesi PANdan daha az miktarda azot, hidrojen ve dier

elementlerden ierdii iin karbonizasyon srasnda retilen karbon miktar daha

fazladr. PAN liflerinden %40-45 orannda karbon lifi elde edilirken, katran ve zift

kullanldnda bu oran %75 olmaktadr.

Ta kmr katran ve ziftten karbon lif retim emas ekil 6.6da verilmektedir.

156


8/20

ekil 6.6. Ta kmr katran ve ziftten karbon lif retim emas[53]

Katran tortusu ve ziftten karbon lifi retim aamalar ayn olup katran tortusu sadece

ilave bir filtrasyon ilemi gerektirmektedir. Katran tortusu ierisindeki kat taneciklerin

ayrlmas iin bir filtrasyon ilemine tabi tutulmaktadr. Aditif ilave edilmi katran tortusu ve

zift kartrlarak 400 0C scakla kadar stlmakta ve bu srada dk molekl arlna

sahip olan bileikler buharlatrlarak umas salanmaktadr. Bu ilem srasnda aditifler ile

hammadde arasnda kpr balar olumakta ve a yaps meydana gelmektedir. Bu fazda

ilem scakl olduka nemlidir, nk katran tortusu iin 410- 420 0C, zift iin 440-450 0C

zeri scaklklarda mezofaz anizotrop bir yap meydana gelmekte ve bu karmdan lif ekimi

olduka zor olmaktadr.

Pnmatik lif ekiminde, hammadde oluan gazlarn dar kmasn salayan bir

ekstrudere gelmekte ve uygun viskoziteye geldikten sonra dzelere iletilmektedir. 32 delikli

ve delik ap 0,6 mm olan dzelerden fkrtlan karbon lifleri huniye benzeyen silindirde hem

soutulmakta hem de bir germe ilemine tabi tutulmaktadr. Elde edilen lif ap 12-30 m

arasnda olmaktadr.

Gaz flemeli lif ekim sistemlerinde ise eritme frnlarnda lif ekimine uygun

viskoziteye getirilen eriyik 300lik bir dz yara gelmektedir. Yarn u ksmnda 200-300

m/slik scak ince hava lam ile karlap lif elde edilmektedir. Elde edilen liflerin eriyebilirzelliini gidermek iin, 1 0C/dk art hz ile 250 0Cda slfirikasit anhidriti ile slfonlama

ilemi ve 250-300 0Cda hava ile 1-2 saatlik bir oksidasyon ilemi yaplmaktadr. Oksidasyon

ilemi uzun srede ve dikkatli bir ekilde yaplmas gerekmektedir. Oksidasyon ilemini

ksaltmak iin slfonlama ilemi yaplmaktadr. Bu ilem srasnda lif arlnda art

meydana gelmektedir[53].

Elde edilen okside olmu lifler inrt gaz ortamnda, 1000 0Cde karbonizasyon

ilemine tabi tutulmaktadr. Ta kmr kat-ranndan ve ziftten elde edilen liflerinkarbonizasyonu srasnda da CH4 ve H2 gibi gazlar aa kmaktadr. ncelikle 900-1000

157


9/20

0Cda birka dakikalk bir n karbonizasyon ilemi uygulan-maktadr. Hidrojen gaz k yine

1000 0C scaklk altnda meydana gelmektedir. Karbonizasyon ilemi srasnda ortamda

oksijen olmamal ve ilem azot atmosferinde yaplmaldr. lem srasnda oluan is ve katran

gibi maddeler azot ile ortamdan uzaklatrlmaldr ve lifte bir arlk kayb grlmektedir.

Bu liflerin grafitizasyon ilemi srasnda ek bir gerdirme gerekmediinden katrandan

karbon lifi elde etme daha avantajldr.. Karbonizasyon ve grafitizasyon ileminden sonra elde

edilen karbon lifleri poliakrilnitril liflerinden elde edilenlere benzer olduu iin yzey ileme

ve hal ilemleri uygulanmaktadr. Ancak katran ve ziftten elde edilen karbon lifleri yzey

oksidasyonuna daha az reaktif olduundan yzey ileme srasnda farkl reaksiyon koullar

kullanlmaktadr. ekil 6.7de mezofazdan karbon lifi retim aamalarndaki grnleri

verilmektedir[53].

ekil 6.7. Karbon lifinin oluum aamalarnda polariza k mikroskobunda ve X-

raydeki grnleri[53].

6.1.4. Polivinildenklorr veya Polivinildenklorr Kopolimerlerinden Karbon

Liflerinin retimi

Vinildenklorrn polimerizasyonu ile elde edilen g tutuur ve s iletmez

polivinildenklorr liflerinin molekl arlklar 20.00022.000 arasnda deimektedir. G

158


10/20

tutuur olan bu lifler izolasyon malzemesi olarak kullanlabildii gibi, g tutuur karbon lifi

retiminde de kullanlmaktadr[53].

Darrell ve arkadalar, polivinildenklorr filamentleri metil amin, etil amin, propil

amin, iklik amin veya pirolidin gibi azot ieren organik bir bileik ierisinde, nemsiz

ortamda 125 0Cdan dk scakllarda, %25-80 orannda dehalojenlendirme ilemi

yaplmaktadrlar. Daha sonra 90-1500 0C aras dzgn bir s art ile en az 5 dakika

karbonize edilerek karbon lifi elde edilmektedir.

Karbon lifi retiminde saf polivinilidenklorr lifleri kullanlabilecei gibi %15 20

orannda vinilklorr, vinilasetat, stiren, etilakrilat, metilakrilat, metilmetakrilat ve akrilonitril

gibi kopolimer ieren polivinildenklorr lifleri de kullanlmaktadr.

Polivinildenklorr lifleri kristalin yapda olup ok dzgn bir yapya sahiptir. Bu

ekilde elde edilen karbon liflerinin grafitizasyonu en az 10 sn olacak ekilde 15003000 0C

da yaplmaktadr. Membranlarn retimi PAN hammaddeden karbon lifi retim aamalarna

benzemektedir. Karbon membranlar inorganik madde destekli dz bir film tabakasdr ve

yksek paketleme younluuna sahip olan delikli bir yapya sahiptir (Polieterimid delikli

lifler). ekil 6.8de polimerik hammaddeden karbon membranlarn retim aamalar

verilmektedir[53].

ekil 6.8. Polimerik prekrsrden karbon membranlarn retimi[53]

6.2. Karbon Lifinin zellikleri

Sellozik liflerden karbon lifi retme yntemleri u dntrme mekanizmalarn

gerektirir: Suyu fiziksel olarak geri brakma (25150 oC); glukoz birimlerden su giderme(150- 240 oC); glukozit kprlerinin koparlmas (240400 oC); aromatikletirme (400 oCnin

stnde). Akrilik lifleri karbon liflerine dntrmek olduka karmak bir ilemdir. lemler

200300 oCde ykseltgeme; 11001500 oCde karbonlatrma; 2800 oCde grafitletirme

olarak sralanabilir. ekil 6.9da poliester/karbon nano lif kompozitinin lif ekiminden nce

alnm SEM grnts verilmektedir.

159


11/20

ekil 6.9. Lif ekiminden nce Poliester/Karbon nano lif kompoziti

izelge 6.1deki deerlere bakldnda Karbon lifinin dier liflere oranla erime

noktasnn ve elastisite modlnn ok yksek olduu grlmektedir. Ayrca yksek

mukavemetli karbon liflerinin, mukavemetinin yksek olmasyla bilinen paraaramid

liflerinden bile daha yksek mukavemete sahip olduklar tablodan grlmektedir[54].

izelge 6.1. Karbon lifi ile dier liflerin karlatrlmas[54]

Materyal Younluk (g/cm3)

Mukavemet(GPa)

Elastise Modl(GPa)

Erime Noktas(0C)

E-cam 2,55 3,4 72,4


12/20

ekil 6.10. PAN dan yaplan karbon lifinin oksidasyonu ve kristalisasyonu [20]

Karbon liflerinin en nemli zellii dk younluk eliinde gsterdikleri

salamlktr. Bu bakmdan eliklerden ok daha stndrler. 11001500 0Cde

karbonlatrmayla elde edilen yksek dayanml karbon lifleri belli bir mikro gzeneklilie

sahip lifin ekseni dorultusunda ynlenen ok kk kristallerden oluur. Son yllarda

reinelerin ve metallerin pekitirilmesi iin karbon liflerinin kullanlmas olaan st

salamlkta karma malzemelerin ortaya kmasn salamtr.

161


13/20

ekil 6.11. PAN esasl karbon lifinin karbonizasyon ilemi [20]

Yatay dzlemde karbon lif yapsnda bulunan grafen tabakalar soan katmanlar gibi

grnmektedir. Lifin orta ksm rasgele yerlemi durumdadr. Mikro yapdaki gzenek ve

atlaklarn ounluu dzenli yerlemi yzeyden rasgele yerlemi kor ksmna geerken

veya kor ksmnda meydana gelmitir. Karbon lif retimi srasnda meydana gelen atlaklar

yzeyde gzlenmektedir. Katrandan retilmi karbon lifleri daha byk grafen tabakaya

sahiptirler. Aksiyal yapdan farkl olarak, radyal yap hammaddeye ve ilem koullarna

baldr. Kompozit iinde binlerce karbon lifi balandndan mukavemet ortalama bir deerolmasna ramen, atlak bykl ve younluu karbon liflerinin dayanmn

drmektedir[49].

PAN liflerinden elde edilen karbon lifleri standart, orta ve yksek modll olmak

zere 3 kategoridedir. Kategoriler arasndaki farklar mekanik germe, sl ilem ve

poliakrilnitril liflerinin iplik eirme sistemlerinden kaynaklanmaktadr. PAN esasl karbon

lifleri havaclkta ve ticari rnlerde kullanlmaktadr. izelge 6.3de PAN esasl izelge

6.4de Katran esasl karbon liflerinin zellikleri verilmektedir.

izelge 6.3. PAN esasl karbon liflerinin zellikleri [49].

162


14/20

izelge 6.4. Katran esasl karbon liflerinin zellikleri [49].

Dk modll karbon liflerinde karbon ierii % 99un altndadr ve geri kalan

miktarda azottur. Karbon ieriinin ve lif younluunun artmas yksek scaklklarda azotun

uzaklatrlmas ile gerekletirilmektedir. Karbon lifleri, lif yaps ve kristalit oryantasyonu

bakmndan iki gruba ayrlmaktadr.

a) zotrop Karbon Lifleri: Bu tip karbon liflerinde oryantasyon iyi deildir. Cam tipi

karbon atomlardan oluan bu lifler, turbo statik yaplar nedeniyle polikristalin zellik

gsterirler. Kristalitlerin bykl 1,5-3 nm, gzenek hacmi % 30-40 civarnda, younluu

1,4-1,5 g/cm3 olan liflerdir. Bu liflerin elastik modlleri ve kopma dayanmlar dktr. Bu

liflerden yaplm kumalar, keeler ve balama iplikleri izolasyon maddesi olarak

kullanlrlar.

b) Anizotrop Karbon Lifleri: Anizotrop karbon liflerinde tabakalar, az veya ok lif

eksenine paralel konumda bulunmaktadr. Kristalitlerin dzgn ynlenmesi ve dk lif

163


15/20

gzeneklii nedeniyle yksek modl gsterirler, Anizotrop karbon liflerinde kristalitlerin

genilikleri 6 nm ve uzunluklar 100 nm den daha fazladr. Yani kristalitler band eklindedir.

6.3. Kimyasal Maddelerin Karbon Liflerine Etkisi

norganik bir materyal olan karbon lifleri nem, ak hava, zgen, baz ve zayf

asitlerden oda scaklnda etkilenmemektedir. Ancak yksek scaklklarda oksidasyondan

olduka fazla etkilenmektedir. Silizan, boralizan, SiCN, SiBCN, SiCO, silikon veya fenolik

reineler ile karbon liflerinin sv fazda kaplanmas ile SiC kompozitlerin balanmas ve metal

matrikslerin lif ile glendirilme ilemi dk maliyet ile elde edilebilmektedir.

Lif ile kuvvetlendirilmi metal matriks kompozitlerde, lifler yksek statik dayanm

salarken metal matriks lifi d etkilere kar korumaktadr. Bu tr kompozitler yksek

scaklklarda iyi mekanik zellikler, yksek sertlik, yksek dayanm, eilme rijitlii ve iyi

derecede oksidasyon ve korozyon dayanm gstermektedir. Aktive edilmi karbon lifleri

klasik granll karbon liflerine gre daha yksek spesifik yzey blgesine ve daha yksek

absorpsiyon ve desorpsiyon oranna sahiptir. Fenolik reinelerden retilmi aktive edilmi

karbonlarn spesifik yzey alan daha fazla olmaktadr. 300 0Cda n oksidasyon ilemi

yaplm ta kmr katranndan retilen aktive edilmi karbon liflerinin retim miktar

artrlabilmektedir [49].

Karbon lif retimi iin yllar boyunca pek ok hammadde denenmi ancak hammadde

olarak rayon, poliakrilnitril lifleri, katran ve ziftin daha uygun olduu belirlenmitir. Farkl

hammaddelerden retilmi karbon liflerinin baz zellikleri izelge 6.5de verilmektedir.

P120 kodlu mezofaz esasl karbon liflerinin modl PAN esasl T800 kodlu karbon

liflerinden daha yksek olduu grlmektedir. Rayondan retilmi 75 S kodlu karbon lifinin

germe dayanm ile M50 kodlu poliakrilnitril esasl karbon liflerinin germe dayanm yakndr.

izelge 6.5. Karbon liflerinin karlatrlmas[49].

164


16/20

izelge 6.6de grld gibi yksek derecede oryantasyonu salayabilmek iin rayon

ve izotropik katrandan elde edilen karbon liflerine olduka yksek scaklklarda germe

yaplmas gerekmektedir. Ancak mezofazdan retilen karbon liflerinde oryantasyon yeterli

olduundan karbonizasyon ilemi izotropik hammaddeden elde edilene gre daha ekonomik

olmaktadr. Mezofazn grafitizasyonu srasndaki karakteristikleri nedeniyle, mezofazdan

elde edilen yksek performansl karbon liflerinin daha iyi karakteristiklere sahip olmaktadr.

Teorik olarak hesaplanan grafit kristalin germe modlne en yakn germe modl mezofaz

esasl karbon liflerinde elde edilmektedir.izelge 6.6. Karbonizasyonda hammaddenin karakteristikleri [49].

6.4. Karbon Lifinin Kullanm Alanlar

Karbon lifleri kompozit yaplardan inaat sektrne kadar, peyzajdan tbba kadar

olduka deiik alanlarda kullanlmaktadr. Dk younluu ve yksek mukavemet deerleri

sayesinde olduka fazla kullanm alan bulmaktadr. izelge 6.7de karbon liflerinin

165


17/20

karakteristik zellikleri ve kullanm alanlar verilmektedir. Karbon filament ve kablolar

yksek mekanik dayanmlar nedeniyle epoksi, poliester, poliamid ve fenol reineleri gibi

sentetik maddeler ile kompozit yapmnda kullanlmaktadr. Reineler ile ba yapmaya uygun

olmayan karbon liflerinin yzey zelliklerini gelitirmek iin, %1-5 orannda su ieren azot

atmosferinde 1400-1500Cda 28 sn sl ileme tabi tutulur. Isl ilem ile lif yzeyi aktif hale

geldii gibi, lif zelliklerindeki bozulma minimum olmaktadr [49].

Ayn zamanda lifin zgl yzeyinde de byk art olur. Epoksi ve poliimid reineleri

ile elde edilen kompozit materyaller uzay endstrisinde sklkla kullanlmaktadr. Uzay ve

uak sanayinde kullanlan alminyum gibi hafif metallerin takviyesinde, spor malzemelerinin

(tenis, buz hokeyi, kayak gibi) ok hareketli ksmlarnda karbon lifleri kullanlmaktadr.

Ortopedik malzeme retiminde salaml ve yanmazl arttrmak amac ile karbon lifleri

kullanlmaktadr.

166


18/20

izelge 6.7. Karbon liflerinin karakteristik zellikleri ve kullanm alanlar

Mitsubishi Rayon Co. Ltd. in karbon fiberden rettii Pyrofil adl malzeme, yksek

seviyede bklmezlik ve kzltesi X-ray (rntgen snlar) geirgenligine sahip olduundan,

hastanelerin rntgen yataklarnda kullanma uygundur. ekil 6.12de gsterilen Pyrofil,

dkm iin bilye formunda ya da dokunmu kuma olarak reticilere sunulmaktadr[43].

ekil 6.12. Karbon lifinden retilen Pyrofil kuma

ekil 6.13. Karbon kumalar[56]

167


19/20

Yar arabalarndaki yakt tanklarnda daha hafif olmas nedeniyle kullanlmaktadr.

X-ray ekipmanlarnda, enerji depolama bataryalarnda, yer merkezli antenlerde, rzgar

deirmenlerinde pervane ve endstride kullanlmak zere silindir retilmesinde

kullanlmaktadr. Membranlar birok endstriyel ve medikal uygulamalarda da

kullanlmaktadr. Kimyasal ilemlerde, atk su tutma, ila sektrnde, yapay insan organlar

vb. gibi uygulamalarda membranlar kullanlmaktadr.

Karbon lifi ve termoplastik bir reine ile oluan kompozit malzemeler notebook

paralarnda ve elektronik paralarda kullanlabilmektedir. Karbon lifi ile kuvvetlendirilmi

polimer sensr olarak kullanlmaktadr. Normal karbon lifine gre mkemmel mekanik

dayanm, sertlik ve elektrik iletkenliine sahiptir. norganik lif ve karbon liflerinin bir organik

latex ile balanmas sonucu elde edilen kompozit materyal otomobil hava yastklarnda hava

ile iirme nitesinde filtre materyali olarak kullanlmaktadr[49].

Karbon lifi ile kuvvetlendirilmi polimer reine esasl kompozitler vakum pompas ve

kompresr pervanesi olarak da kullanlmaktadr. Karbon lifi bitki yetitirme iin hazrlanan

kaplar iine yerletirilerek de ziraat alannda kullanlmaktadr.

Karbon lifleri havaclkta Boeing ve Airbus tipi uaklarda, uluslar aras uzay

istasyonlarnda, uydularda, uak motor kaplamalarnda ve Boeing delta programlar gibi

uzatlabilir tama aralarnda kullanlmaktadr. Bunun yannda spor alannda ise golf

sopalarnda, rzgr srf ekipmanlarnda, bisiklet bileenlerinde, kayak ekipmanlarnda ve

tenis raketlerinde kullanlmaktadr [49].

168


20/20

7. SONU

Yksek performansl lif tanm ile yksek gerilme mukavemeti, yksek s direncine

sahip, yksek modll, iyi boyanma zelliine sahip, yksek kimyasal direnli stn mekanik

zelliklere sahip lifler anlalmaktadr. Tekstil sanayi 21. Yzyla elektronik, elektrik,

malzeme bilimi, kimya gibi ok disiplinli almalar ile teknik ve akll tekstiller ile

nanoteknoloji uygulamalarna geerek girmitir. Bugn gelitirilen fonksiyonel tekstil rnleri

seralardan roketlere, kamuflaj malzemelerinden insan vcuduna kontroll ila salnm

yapabilen tbbi materyallere kadar ok eitli kullanm alan bulmutur[55].

retilen karbon liflerinin zellikleri kullanlan hammaddeye, ilem scaklna ve

retim aamalarna bal olarak deimektedir. Karbon lifleri farkl ham maddelerden yola

karak retilebilmekte ve teknik tekstillerin yaygnlamas ile de karbon liflerinin kullanm

gn getike artmaktadr ve daha da artaca dnlmektedir[53].

Karbon liflerindeki pek ok gelime gnmzde maliyet drmeye yneliktir.

Karbon liflerinin retim maliyetinin drlmesi ile karbon liflerinin kullanmnn artaca bir

gerektir. Karbon lif retim hz da bir parametre olarak karmza kmaktadr. Karbon lif

teknolojisinde meydana gelen yeni bulular karbon liflerinin kullanmnn artmasna ve cam

liflerinin trendine ulamasna yardmc olmaktadr. Karbon liflerinin kullanm

kompozisyonlarnn gelitirilmesi lif teknolojisinin geliimi iin byk bir adm olacaktr[49].

Byk perakendeciler arasnda yksek performansl kumalara olan talep artmaktadr

ki; bunun bir sonucu olarak kuma ve lif talepleri daha karmak hatta zorlu bir hale gelmitir.

Lif reticileri daha ok ince ve mukavemetli lifin gelitirilmesi zerinde younlarken, yeni

lif varyantlar ve yeni polimerler gelitirilmeye devam edecektir.[55]

Trkiyenin kalknmasnn en salkl yolu; rekabeti, farkl ve pazarn ihtiyalarna

uygun rn ve zmler gelitirmekten gemektedir. Global bir bak as ile, rekabet gc

ve katma deeri yksek rnlerin ve bu tr rnleri ortaya karmada kullanlacak srelerin

iyiletirilmesi ve gelitirilmesine ihtiya duyulmaktadr. Gelitirilecek rn, sre ve

hizmetlerin global anlamda pazarlanabilmesi de yaplacak gelitirmelerin baars iin

tamamlayc dier unsurdur. Trkiyedeki tekstil firmalarnn sk rekabet artlarnda ayakta

kalabilmesi ve geliebilmesi iin, faaliyet alanlarnda katma deeri yksek rn retme, yeni

rn gelitirme abalarna hz vermeleri gerekmektedir. Yksek performansl lifler ve bu rn

grubu ierisindeki karbon lifi Trkiyenin dnya tekstil sektrndeki varl iin allmas

gereken balca alanlardan biridir.

169

Documents

6-7 Yüksek Performanslı lifler