Karbon fiber, %95’ten fazlası karbon atomlarından oluşan çok ince bir elyaftır. O kadar incedir ki insan saçının onda biri kadardır (Composites Turkey, 2020).

Şekil 1: Karbon fiberin boyutları

Karbon fiberin en yaygın (%80) hammaddesi poliakrilonitril (PAN) olup ayrıca rayon, zift gibi organik lifler de hammadde olarak kullanılmaktadır. Üretim aşamasında karbon fiber, kısmen kimyasal, kısmen de mekanik işlemlerden geçer. İşlem, uzun liflerin çekilmesi ve ardından çok yüksek bir sıcaklıkta ısıtılmasıyla başlar. Bu aşamada karbonizasyon gerçekleşir ve liflerin içindeki atomlar şiddetle titreşerek karbon olmayan atomları dışarı atar. İşlemin sonunda uzun ve sıkıca birbirine kenetlenmiş karbon atomu zincirlerinden oluşan bir lif (filaman) elde edilir. Karbon fiber filamanlar, iplik gibi büküldüğünde güçlenir. Daha sonra bunlar, kompozit parçalar yapmak için kumaş gibi dokunabilir veya kalıcı bir şekil alması istenirse kalıbın üzerine serilerek reçine veya plastikle kaplanabilir (Innovative Composite).

Şekil 2: Karbon fiber malzeme örnekleri

Karbon fiber; enerji, savunma, havacılık ve uzay gibi yüksek teknolojili sektörlerde kullanılan ileri kompozit malzemelerin temel girdisidir. Son derece güçlü, sert ama aynı zamanda hafif bir malzeme olan karbon fiber, geleneksel metal malzemelere kıyasla üstün özelliklere ve tasarım esnekliğine sahiptir: (Composites Turkey, 2020)

• Çelikten 4 kat, alüminyumdan 2 kat hafif
• Çeliğe göre 5 kat daha mukavemetli
• Korozyona ve yorulmaya dayanıklı
• Elektrik iletkenlik
• Isı yalıtkanlık

Bu üstün özellikleri sayesinde karbon fiber, rüzgâr türbinlerinin daha fazla enerji üretmesi, otomobillerin daha az yakıt tüketmesi, inşaat ve altyapıların güçlendirilmesi, askeri uçakların performansının artırılması, füze sistemleri ve insansız hava araçları gibi bir çok uygulama için ideal bir malzeme olarak değerlendirilmektedir.

Karbon fiber kullanımına ilk örnek, 1879’da Thomas Edison’un icat ettiği elektrik ampulündeki akkor filaman sayılmaktadır. Günümüz yüksek performanslı karbon fiber kullanımı ise 1950’lerin sonunda uzay araçları için malzeme arayışlarıyla başlamıştır (Composites Turkey, 2020). O zamanlar karbon fiber, uzay araştırmaları haricinde kullanılamayacak kadar pahalı bir malzemeydi. Ancak günümüzde üretim maliyetlerinin görece azalmasıyla ticari bir ürün haline gelerek rüzgâr türbinleri, otomobiller, denizcilik ve spor malzemeleri gibi farklı sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır (Zoltek).

Karbon fiber ve karbon kompozit pazarı 2010 yılından beri her yıl %10 ila %13 gibi yüksek bir büyüme performansı sergilemiştir. 2010 yılında 40.000 ton olan küresel karbon fiber talebi 2020’de 105.000 tona ulaşmıştır. Öngörülebilir gelecekte de bu büyüme oranının devam ederek 2024 itibariyle 151 bin tona ulaşması beklenmektedir. Şekil 3’te görüldüğü üzere karbon fiber kullanımı, günümüzde rüzgâr enerjisi, havacılık, spor malzemeleri, otomotiv, basınçlı kaplar gibi sektörlerde yoğunlaşmaktadır. (Composite Manufacturing Magazine, 2021)

Şekil 3: Sektörlere göre karbon fiber kullanım oranı (2020)

Kaynakça:

• Composites Turkey Dergisi, “Karbon Elyaf Nedir?”, Sayı 27, Eylül 2020.
• Composites Manufacturing Magazine, “2021 State of the Industry Report”, Şubat 2021.
• Innovative Composite
• Zoltek

İpek KOCAOĞLU
Uzman
Yenilik ve Girişimcilik Politikaları Birimi
ipek.kocaoglu@izka.org.tr