(İleri - Bilim) BMW AG malzeme geliştirme grubunun yaptığı açıklamaya göre, bir çeşit kompozit malzeme olan karbon fiberin seri üretim araçlarında yer almasına  çok yaklaşıldı. Bu açıklamanın ardında yatan en büyük gelişim ise karbon fiberin üretim maliyetlerinin giderek azalması.

Bir diğer Alman şirketi olan ve karbon fiber kompozitler üzerinde çalışan MAI Carbon Cluster Managment GmbH büyük çaplı bir proje ile geliştirmeler yaparak karbon fiber üretiminde yüzde 90'lara varan maliyet düşümünü hedefliyor. 80 milyon avro değerindeki bu projenin başında Klaus Drechsler bulunmakta ve projeyi Almanya Hükümeti desteklemektedir. Münih Teknik Üniversitesinde profesör olan Klaus Dreschlere göre bu çalışmanın şimdiden yarısına gelinmiş durumda ve gelecek nesil arabalarda kompozit malzemelerle daha sık karşılaşacağımızı söylemek yanlış olmayacak.

Dünyanın en büyük otomobil üreticileri arasında yer alan BMW ve Audi bu projeye ayrıca destek verse de bu iki firmanın dışında, yetmiş adet kurum doğrudan veya dolaylı olarak projeye dahil olmuş durumda.

Üreticilerin, karbon fiber malzemenin standart metal malzemelerin yerini alması için gösterdiği bu çabanın  en büyük sebebi ise aracın ağırlığının kompozit malzeme kullanımı ile bir hayli düşürülebilmesidir. Araçlarda kullanılan standart metal malzemelerden en az iki kat daha hafif olan karbon fiberin otomobilin bir çok bileşeninde metallerin yerini alması planlanıyor. Aracın daha hafif olması daha az yakıt harcayan ve bu sebepten dolayı daha çevreci bir yaklaşımı da mümkün kılıyor. Karbon fiber malzemelerin günümüze kadar genelde yüksek performanslı spor arabalarda kullanılmasının en büyük sebebi ise bu tür malzemelerin kilogram başına maaliyetleri 20 dolar civarında iken, çeliğin 1 dolardan daha az bir fiyata kullanılabilmesidir.

Profesör Dreschler'e göre bu teknolojinin kullanılmasının anahtarı kompozit malzemenin üretiminde otomasyon yöntemlerinin etkin ve verimli biçimde kullanılmasında. Ayırca karbon fiberin araçlarda nasıl kullanılabileceğine  dair bir çok senaryonun mevcut olduğunu söyleyen Dreschler, BMW 'nin şasi ve bazı küçük parçalarda bu malzemeleri kullandığını da belirtmektedir.

BMW i3 ve i8 modellerinde karbon fiber kullanılmaktadır ve bu modeller Almanya'da üretilmektedir. 

Kompozit Malzemeler

Peki geleceğin teknolojileri arasında gösterilen kompozit malzemeler nedir? İsterseniz gelin bu teknolojiyi daha yakından inceleyelim.

Kompozit, birbirinden fiziksel ve kimyasal olarak tamamen farklı iki veya daha çok bileşenin makro seviyelerde karıştırılması veya birleştirilmesi ile elde edilen malzemelere verilen genel bir isimdir. Kompozit malzemeler mühendislikte, bir malzemenin yalnız başına gerekli kriterleri sağlayamadığı durumlarda kullanılmaktadır. Kompozitler, bir malzemenin, başka destekleyici unsurlar eklenerek güçlendirilmesi olarak da anlaşılabilir.

Tipik olarak kompozitler tanecik veya elyaf şeklinde olabilen destekleyici dolgu malzemesi ve dolgu malzemesini çevreleyen ve kapsayan, genelde polimerden üretilen matris adını verdiğimiz iki bileşenden oluşurlar. Dolgu malzemesi olan parçacıklar veya elyaflar, kompoziti güçlendirmek ve sertlik kazandırmak amacıyla eklenirler. Matris malzemenin görevi ise destek malzemesini bir arada tutmak, tanecik ve elyafların hasar görmesini engellemek ve kuvvetlerin tanecikler veya elyaflar arasında iletilmesini sağlamaktır.

Kompozit Malzemenin Tarihteki Yeri

Kompozitlerin kullanınıma verilenibelecek ilk örneklerden biri, çamur ve samanın karıştırılarak kurutulması ile elde edilen kerpiçtir. İlk örnekleri M.Ö. 1500 yıllarında Mısır ve Mezapotamya'da görülmeye başlanmıştır. Hem ucuz, hem de yüksek yalıtım sağlayan bu yapı malzemesi günümüzde halen kullanılmaktadır. Daha sonraları ise M.S. 1200 yıllarında Moğol savaşçılar ilk kompozit yayları ürettiler. Bu yayların yapımı esnasında ağaç ve kemik parçaları, hayvansal kökenli yapıştırıcılar kullanılarak birbirlerine kaynaştırılıp, sıkıştırılıyor, ardından da huş ağacı kabuğu ile sarmalanılıyorlardı. Hem çok güçlü hem de hedefe çok hassas atışlar yapabilen bu yaylar, Cengiz Han ve ardıllarına askeri üstünlük sağlamış, barutun icardına kadar yeryüzündeki en güçlü silah olarak kabul edilmiştir.

2. Dünya Savaşı yıllarında ise kompozitler askeri amaçlar için kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle askeri uçaklar için hafif malzemelere ihtiyaç duyulan bu zamanlarda, mühendisler bir süre sonra kompozit malzemelerin gereken dayanımı sağlama ve oldukça hafif olmannın yanı sıra fiberglasın radyo dalgalarını geçirici özelliğe sahip olduğunu ve radarlardan gizlenme olanağı sağladığını farkettiler. Savaşın sonrasında ise kompozit malzemeler sivil hayatta yaygın olarak görülmeye başlandı. 

Kompozit malzemeler son elli yıldan bu yana giderek yaygınlaşmaktadırlar.

Kompozit Malzemelerin Davranş Özellikleri

Kompozitlerin davranış özellikleri içerdikleri destek malzemesinin türleri, bu malzemenin oranı, eğer bu malzemeler elyaf şeklinde ise, elyafların uzunlukları, çapları ve yönelimlerine bağımlılık göstermektedir. Matris malzemesi ve destek malzemesi ile matris arasındaki bağlar da malzeme davranışını biçimlendiren önemli etkenler arasındadır. Kompozitlerin kullanımını cazip kılan şey genelde bileşenlerinin davranış özelliklerini içeren bir son ürün elde edilmesine olanak sağlamasıdır.

Sık karşılaşılan metallerin ve kompozitlere göre bazı önemli özelliklerinin kıyaslanması

Karbon fiber havacılık ve uzay sanayisinde geniş kullanım alanına ve fırsatlarına  sahiptir

Kompozit Malzemelerin Geleceği

Gelecekte, kompozitler nano malzemelerden türetilmiş daha yetkin matrisler ve elyaflar ile geliştirilmeye devam edeceklerdir. Dünyanın bir çok üniversitesi ve araştırma laboratuvarında geliştirme çalışmaları aralıksız olarak devam etmektedir. Kompozitler aynı zamanda zamanla daha çevre dostu olmaktadırlar. Fosil kaynaklı yakıtlara bağımlılığı azaltmak ve sivil havacılığı daha çevreci hale getirebilmek için uçak ağırlıklarının azaltılması için büyük olanaklar sunmaktadırlar. Matris malzemeleri geri dönüştürümüş plastiklerden ve organik tabanlı polimerlerden yapılmaktadır. Kompozitler, dünyayı daha hafif, daha dayanıklı aynı zamanda daha yaşanılabilir yapmaya yardımcı olabilecek bir teknoloji olarak gelişmeyi sürdürmektedir.

Karbon Fiber

Kısaca karbon fiber denilen bu malzemenin tam adı karbon fiber-takviyeli polimer (CFRP) dir.Hafif ve pahalı olmasının yanı sıra dayanıklılığıylada ön plana çıkmaktadır.Karbonun elyaf olarak üretilmesi ile ortaya çıkan karbon fiberi ile bazı polimer türlerinin birleştirilmesi sonucu bu kompozit yapı ortaya çıkmaktadır. Matris kısmını polimer esaslı malzeme, takviye madde kısmını ise karbon elyafı oluşturur. Karbon dışında ayrıca aluminyum, twaron, kevlar gibi malzemlerin fiber olarak katkısı ile dayanıklılığı arttırılabilir. Malzeme özelliklerinin belirlenmesinin ve modellenmesinin kompleks olmasından ötürü tasarımlarda kullanımı metal parçalara göre daha fazla çaba ve maliyet gerektirir. Pahalı bir üretim süreci vardır.Örnek olarak Airbus A350 XWB'nin bileşenlerinin %53 karbon elyaf takviyeli kompozitlerden oluşmaktadır ve bu uçak sanayinde bir rekordur. F1 araçlarının büyük bir bölümü karbon fiberden üretilmektedir ve yakın gelecekte seri üretim binek arabalarında bu teknoloji sıklıkla karşımıza çıkması beklenmektedir.

Karbon Fiber – Takviyeli Polimer (CFRP)