Karbon Fiber Yapmanın Yeni Bir Yolu

Karbon fiberin yüksek kaliteli poliakrilonitrilden yapılan özel olarak işlenmiş olan bir maddedir. Özellikle metal ve diğer fiber takviyeli kompozit malzemelerden yapılmış parçalara göre daha hafif ve daha güçlü olması, onu ilerleyen zamanlarda birçok sektörün göz bebeği yapacağını belirtmiştik.

Karbon Fiber Nedir? Kullanım Alanları Nelerdir? Adlı yazımızca bu malzemenin yapısından ve avantajlarından detaylıca bahsetmiştik. Dünya, sera gazı emisyonlarını azaltmak ve elektrikli araçların menzilini geliştirmek için otomobillerin ve diğer araçların verimliliğini artırmak için mücadele ederken, otomobillerin gövdelerinde kullanılabilecek kadar güçlü, daha hafif malzemeler arayışı sürüyor. Karbon fiber yapmanın yeni bir yolu, rafineri yan ürünlerini otomobiller, uçaklar ve uzay araçları için yüksek değerli, ultra hafif yapısal malzemelere dönüştürebilir.

Bazı tenis raketleri ve bisikletler için kullanılan malzemeye benzer karbon fiberden yapılan hafif malzemeler, olağanüstü sağlamlığı düşük ağırlıkla birleştirir. Ancak bunların üretilmesi çelik veya alüminyumdan yapılmış benzer yapısal elemanlardan daha pahalıdır. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve başka yerlerdeki araştırmacılar, bu hafif lifleri ultra ucuz bir hammaddeden yapmanın bir yolunu buldular. Petrolün rafine edilmesinden arta kalan ağır, köpüren atık malzeme, bugün rafinerilerin düşük değerli uygulamalar için tedarik ettiği malzeme, asfalt veya sonunda atık olarak işleme tabi tutulur.

Yeni Karbon Fiberin Avantajları

Yeni karbon fiberin üretimi ucuz olmakla kalmıyor, aynı zamanda geleneksel karbon fiber malzemelere göre farklı avantajlar sunuyor. Çünkü sıkıştırma mukavemetine sahip olabilir, yani yük taşıma uygulamaları için kullanılabilir.

Aynı model araba 30 yıl öncesine göre çok daha ağır, aynı kategorideki arabaların ağırlıkları yüzde 15’ten fazla artmış durumdadır. Araştırma, otomobilleri daha verimli hale getirmenin ve toplam ağırlıklarını azaltarak yakıt tüketimini azaltmanın yollarının aranması talebine yanıt olarak yaklaşık dört yıl önce başladı.

Daha ağır bir araba daha büyük bir motor, daha güçlü frenler vb. gerektirir. Bu nedenle gövdenin veya diğer bileşenlerin ağırlığının azaltılması, ek ağırlık tasarrufu sağlayan bir dalgalanma etkisine sahiptir. Günümüzün geleneksel çelik panellerinin güvenliğine uyan ancak aynı zamanda standart araçlarda çeliğin potansiyel olarak tamamen yerini alacak kadar ucuza yapılabilen hafif yapı malzemelerinin geliştirilmesi için gerekiyordu.

Karbon fiberlerden yapılan kompozitler yeni bir fikir değil, ancak şimdiye kadar otomotiv dünyasında sadece birkaç çok pahalı modelde kullanıldılar. Yeni araştırma, düşük maliyetli bir başlangıç ​​malzemesi ve nispeten basit işleme yöntemleri sağlayarak bunu tersine çevirmeyi amaçlıyor.

Yeni Karbon Fiberin Yapılışı ve Maliyeti

Bu lifler tipik olarak petrolden türetilen polimerlerden (poliakrilonitril gibi) yapılır, ancak karbon bileşiklerini polimerize etmek için maliyetli bir ara adım kullanır. Science Advances dergisinde lisansüstü öğrencisi Asmita Jana, araştırma bilimcisi Nicola Ferralis, polimerin maliyetinin nihai elyafın toplam maliyetinin yüzde 60’ından fazlasını oluşturabileceğini söylüyor. Ekibin yeni yaklaşımı, başlangıçta rafine edilmiş ve işlenmiş bir petrol ürünü kullanmak yerine, esasen rafine işleminden sonra kalan tortuları, petrol zifti olarak bilinen bir malzemeyi kullanıyor.

Bu malzeme, inanılmaz derecede dağınık, karışık ağır hidrokarbonların bir karışımı halindedir. Aslında onu bir bakıma güzel yapan da bu, çünkü kullanılabilecek çok fazla kimya var. Bu, onu başlamak için büyüleyici bir malzeme haline getiriyor.

Bu ürünlerin doğal değeri çok düşük, bu yüzden genellikle çöplük oluyor. Ekibin de test ettiği alternatif bir zift kaynağı, örneğin çelik üretimi için kullanılan, koklaşabilir taş kömürünün bir yan ürünü olan benzer bir malzeme olan kömür ziftidir. Bu süreç, yaklaşık yüzde 80 kok ve yüzde 20 kömür zifti üretiyor, temelde bir atıktır.

Ferralis, otomotiv kullanımı için gereken kalitede karbon fiberlerin şu anda 10 ila 12 $ arasında bir maliyete sahip olduğunu ve uzay aracı bileşenleri gibi özel uygulamalar için yüzlerce dolar veya çok daha fazla bir maliyete sahip olabileceğini söylüyor. Bu, çelik için yaklaşık 75 sent veya alüminyum için 2 dolara denk geliyor. Ancak bu fiyatlar geniş çapta dalgalanır ve malzemeler genellikle yabancı kaynaklara dayanır. Bu fiyatlar, çelik yerine karbon fiberden bir kamyonet yapmanın maliyeti kabaca iki katına çıkaracağını söylüyor.

Yeni Karbon Fiberin Geleceği

Çalışma, başlangıç ​​koşullarının ayarlanmasıyla, bu tür fiberlerin çoğu gibi sadece gerilimde güçlü değil, aynı zamanda sıkıştırmada da güçlü olan karbon fiberlerin yapılabileceğini gösteren sonuçlar verdi, bu da potansiyel olarak yük taşıma uygulamalarında kullanılabilecekleri anlamına geliyor. Bu, bu malzemelerin kullanışlılığı için tamamen yeni olanaklar açıyor.

Karbon fiberin avantajları oldukça fazla olsa da, maliyeti önündeki en büyük engellerden biriydi. Yapılması istenen araştırmalar, yeni karbon fiberin maliyetinin 5 doların altına indirilmesi yönündeydi fakat MIT ekibi kullandığı yöntemler ile bundan daha iyisini yapabileceğini söylüyor. Henüz ekonomik bir çalışma yapmamış olsalar da, 3 dolar gibi bir maliyete ulaşacaklarını tahmin ediyorlar.

Ferralis, Konvansiyonel elyaf kompozitlerini yapmanın karmaşıklığının bir kısmı, elyafların bir kumaş haline getirilmesi ve kesin, ayrıntılı desenlerde düzenlenmesi gerektiğidir. Bunun nedeni, basınç dayanımı eksikliğini telafi etmek, dedi.

Malzemedeki eksikliklerin giderilmesi, yeni süreçle birlikte ekstra karmaşıklığı ortadan kaldırmış olacak. Geliştirilen yeni rota, maliyet etkisi oluşturmasının dışında yeni uygulamalarında önünü açabilir.

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here