Nedir Bu Karbon Parçalar Ve Nasıl Üretiliyorlar

28/11/2011  //     //  Tamir ve Bakım Ürün İncelemeleri

 

Karbon parçalar özellikle Türkiye bisiklet pazarında hızlı yükselişini sürdürürken farkettim ki sadece adı karbon olduğu için alan kesim de yabana atılmayacak kadar fazla. Özellikle hafifliği ve görünümünden kaynaklanan bu talepler bazen çok gereksiz olabiliyor ama tabii ki kişisel zevkleri asla tartışma konusu yapmadığımı bilenler bilir. Bence güzel bisiklet, komponentlerinden çok sahibine güzel görünendir.

Karbon parçaları kullanırken ve montaj esnasında dikkat etmemiz gerekenlere gelecek hafta göz atacağız, öncelikle malzemeyi tanımak ve aklınızdaki soruları biraz olsun giderebilmek için hem bisiklet üreticileri hem de alanında uzmanlaşmış insanların anlattıklarından yola çıkarak hazırladığımız yazıya başlayabiliriz.

Karbon
Fiber

Karbon fiber
bileşikleri, bisiklet parçaları üretiminde kullanılan diğer materyallerle
karşılaştırıldığında,  mevcut olan en iyi
ağırlık, sertlik, dayanıklılık ve kullanım kolaylığını sağlıyor. “Bileşik”
kelimesinin anlamı, farklı materyallerin karıştırılmasıyla elde edilen yeni
oluşumdur. Karbon fiber bileşikleri ise karbon lifleri ve reçinenin bir
araya gelmesiyle oluşturulur.

Karbon
liflerinin dokunma stili ve imalat kalitesi, bükülerek birleştirilen liflere
şekil verilebilmesi ve kontrolü açısından oldukça önemlidir. İzotropik (her
noktasında aynı özelliği gösteren) materyallerin aksine, karbon fiber
bileşikleri insan yapımı anizotropik materyallerdir.

Bu,  kadronun her noktasında ideal sertliğin
sağlanabilmesi için, temel biçimlendirme gerekliliklerinin sağlanmasının
ardından, iyileştirme çalışmaları için karbon liflerinin dokunma tarzı ve
imalat sürecinde gelişme gösterilmesi gerektiği anlamına geliyor. Yapısal
olarak herhangi bir değişiklik yapılması gerekmiyor. Ancak karbon fiber
dokuması ve imalat sürecinde yeterli gelişmenin sağlanması için yapılması
gereken değişiklikler oldukça pahalı, bu yüzden genellikle daha düşük maliyet
gerektiren ve  dayanıklılığı artırdığı
iddia edilen yenilikçi şekiller ve mekanik çözümler görürüz.

Karbon
Fiber Nasıl Üretilir?

Karbon
fiber, grafit (karbonun kimyasal olarak değişik bir hali) fiber, karbon grafit
ya da CF şeklinde isimlerle de karşınıza çıkabilir. 5-10
μm (metrenin milyonda
biri kadar olan uzunluk ölçü birimi) çapında ve büyük kısmı karbon atomlarından
oluşan bir materyaldir. Birkaç bin karbon fiber birbirleri etrafında bükülerek
yün iplik formuna getirilir ve oluşan iplikler tek başlarına ya da dokuma yapmak
üzere kullanılabilir.

Karbon
fiberin esnekliği, yüksek gerilim direnci, hafifliği, dayanıklılığı, düşük
termal genleşme payı ve ısıya karşı dayanıklılığı bu materyali hava ve uzay
araçlarında, inşaat sektöründe, askeri kullanımda, motor sporları ve diğer
sporlarda oldukça popüler hale getiriyor. Ancak fiberglas, plastik fiber gibi
benzer fiberlerle kıyaslandığında, karbon fiber diğerlerine göre daha pahalı
bir materyal.

Karbon
lifleri genellikle alaşım oluştabilmek için başka materyallerle birleştirilir.
Plastik reçineyle karıştırıldığında / şekillendirildiğinde karbon fiber
takviyeli plastik (genellikle yine karbon fiber olarak adlandırılır) formunu
alır, sağlamlık-ağırlık verimi yüksek, oldukça sert ancak kolaylıkla kırılan
bir bileşimdir. Karbon fiberlerinin kombine edildiği diğer maddeler de vardır.
Örneğin grafit ile birleştirildiğinde karbon-karbon bileşiği oluşturarak yüksek
ısı dayanıklılığına sahip olur.

Karbon Fiber Kullanımı

Spor
sektörünün dünya genelindeki karbon fiber kullanımının yalnızca %20’sini
oluşturduğunu belirtmekte fayda var. Bisiklet parçalarının üretimi ise bu
%20’lik kısmın yaklaşık olarak yalnızca %5’ini kapsıyor. Bunun anlamı, bisiklet
sektörü aslında uzay ve hava endüstrisi için geliştirilmiş olan karbon fiber ve
reçine bileşiklerini kullanmakta. Yani, bazı firma reklamlarının iddia
ettiğinin aksine, bisiklet için özel karbon fiber materyalleri ya da reçineleri
bulunmuyor.

Bisiklet
Sektöründe Karbon Fiber Kullanımı

Piyasadaki
çeşitli markalar için yapılan tüm karbon fiber bisiklet parçaları aslen Çin ve
Tayvan’daki karbon fiber parçaları yapan fabrikalarda üretiliyor. Bu
fabrikalarda bisiklet firmaları için özel fikirler ve çözüm önerileri üzerine
araştırmalar yapan, materyaller ve alaşımlar üzerine uzmanlaşmış mühendisler çalışıyor.

Kullanılan
karbon fiberler genellikle reçineyle bileşik haline getirildikten sonra
dokunmuş rulolar şeklinde kullanıcıya ulaşır. Ne kadar ya da ne tip reçine
kullanıldığı ürünün kalitesine ve kullanım alanına göre değişir.

Bisiklet
parçaları, özellikle de kadro kısmı genellikle gerilim ve esneme dayanıklılığı
baz alınarak üretilir. Gerilim dayanıklılığı, fiberleri kırabilmek için gereken
gücü ifade eder. Materyallerin maliyeti genellikle gerilim ya da esneme
dayanıklılığı arttıkça yükselir.

Gerilim ve
esneme dayanıklılığı birbirleriyle neredeyse ters orantıya sahiptir. Yani
fiberlerin gerginliği artıp kırılmaya karşı olan direnci arttıkça, sertliği ve
esneme dayanıklılığı azalır. Bisiklet kadrosu üretiminde bunun anlamı (günümüzdeki
teknolojiyle) 795 gram’dan daha hafif ve olası bir kaza sonucunda anlık
çatlamalar ve hasara dayanabilen ve aynı oranda sertliğinin de korunduğu, karbon
fiber bileşiğinden üretilmiş bir kadro yapılabilmesinin mümkün olmadığı.

Karbon
Fiber Dokuması

Farklı
esneklik ve dokuma tiplerindeki karbon fiber katmanları kadro modeline ve
boyutuna uygun ölçülerde kesilerek kullanılır.

Dokunmuş
karbon fiber parçalarını, maksimum verimliliği alabilmek için farklı yönlere
doğru dizmek gerekir çünkü maksimum dayanıklılık liflerin boyuna doğru olan
kısmındadır. Bu nedenle liflerin dokunması yerine tek yönde seyretmesi daha
dayanıklı kadroların üretilmesini sağlar. Dokuma karbon fiber kullanımında,
liflerin yarısı doğru yönde olmaz ve kuvvete uzunlukları boyunca direnç
gösteremezler. Dokunmuş karbon fiber parçalarını farklı yönlere doğru dizmek
ise bu durumu bir nebze azaltabilir. Ancak dokuma sisteminin diğer bir problemi
ise karbon liflerinin birbiri etrafında örülürken belli noktalarının
bükülmesidir.

İmalat
Süreci

Karbon fiber
kompozit kadrolar iki farklı yöntemle üretilebilir;

1. Reçine
transfer (RTM) / lif sarma yöntemi : Kadro eğer karbon borular haline getirilen
parçaların ara parçalarla birleştirilmesiyle oluşturulacaksa bu yöntem
kullanılır. Genellikle ara parçalar da karbon fiber bileşiğinden yapılır.

2.  Kapalı kalıp kullanımı; Uç uca birleştirme
yöntemi ve Tek parça kadro yönteminde kullanılıyor

Ara parça
kullanılarak RTM tekniği veya lif sarma yöntemi

Bu yöntem
karbon kadro imalatında kullanılan ilk yöntemdir ve çelik kadroların üretim
şeklinden türetilmiştir. Bu yöntemi kullanarak üretilen kadrolar yüksek
performans sağlar fakat bu yöntemin modern kadroların üretiminde
kullanılmasının asıl sebebi  özel
geometrik şekil değişikliklerin kolaylıkla yapılabilmesi ve düşük işçilik ve
donanım maliyetidir.Bu sayede yüksek kalite karbon kadro üreticileri Asya
dışında kadro üretebiliyorlar.

Borular
genellikle RTM veya karbon boruların kalıp millerin (genellikle çelik veya
alaşımdan yapılan) etrafına sarıldığı  lif
sarma yöntemi ile yapılır. Lif sarma yönteminde karbon tellerine reçine sarma
işleminden önce uygulanırken, RTM işleminde ise reçine işlemi ayrıca uygulanır.
RTM ve lif sarma yöntemleriyle karbon boru üretim sürecinin büyük bir kısmı
makinalar yardımıyla otomatik bir şekilde yapılabilir, bu da yüksek işçilik
maliyeti olan ülkelerde daha çok tercih edilebilecek bir durumdur.

Kadro
borularının ara parçalarla birleştirilmesinin performans açısından uç uca boru
birleştirme tekniğinden ya da tek parça kadrolarla kıyaslandığında bir farkı
yoktur. Boruların hepsi de daha önce yapısal olarak dezavantaj sağladığını
anlattığımız dokuma karbon fiber parçalarından yapılır.

Kapalı
Kalıp Kullanımı

a) Uç uca
boru birleştirme tekniği

Bu yöntem
tüplerin uç uca kaynaklanmasına benzetilebilir. Önceden hazırlanmış borular ve
parçalar karbon fiber ve reçine sarma tekniği kullanılarak birleştirilir. Birleşme
noktaları özel küçük kalıplar kullanılarak birbirine bağlanır ve daha sonra
kadro fırınlanır. Bazen bu birleşme noktaları için özel ısıtma teknikleri de
kullanılır. Birleşme noktaları ısınma yoluyla birbirine bağlanır (bu teknik
sayesinde tekrar ısıtılsa bile birbirinden ayrılamaz) ve diğer karbon fiber
birleştirme teknikleriyle kıyaslandığında mükemmel dayanıklılığa sahip olur.
Isıtma yöntemi, yapıştırıcıların kullanıldığı birleştirme tekniklerinin aksine
gerçek bir karbon fiber bileşiği halini alır.

Bu yöntem
seri üretim için uygundur ve tek parça kadrolarla kıyaslanabilecek bir performansa
sahiptir. Uç uca birleştirme tekniği geometrik olarak ve boru yapıları
açısından daha kısıtlayıcıdır çünkü ciddi profil değişiklikleri, uçları
düzlemek için fazla miktarda macun veya dolgu malzemesi kullanımını gerektirir.
Bu tekniğin geliştirilmesi ve tek parça kadroyla arasındaki farkın
kapatılabilmesi için parçaların olabildiğince büyük yapılmaya çalışılması ve
birleştirme noktalarının olabildiğince aza indirilmesidir.

b)Tek
Parça Kadro Üretimi

Tüm kadro bir
kalıp içerisinde hazırlanır. Bu teknikte tüpler yerine karbon parçalar ile
işlem yapılır. Tek parça kadro yöntemi insan yapımı kompozit materyalleri
işlemek için günümüzde varolan en iyi yöntemdir. Çünkü bu yöntemde karbon fiber
tam olarak istenilen şekilde konumlandırılır ve bu sayede her şekli alabilir ve
her performans karakteristiğine göre dizilim yapılabilir. Ayrıca herhangi başka
bir faktör (örneğin boru uçlarını birleştirme gereksinimi gibi) verilecek şekli
ve performansı etkilemez, bu yüzden de ara parçalarla birleştirme  ve uç uca ekleme teknikleri bu teknikle
karşılaştırıldığında ikinci planda kalır.

Ancak bu
yöntem henüz ticari olarak üretime geçirilemedi. Küçük parçalar için hala
sınırlamalar mevcut ancak kapalı kalıp tekniğiyle ve daha farklı birkaç
teknikle bu parçaların üretimi yapılabiliyor.  Bunun nedeni kalıpların iç kısmına basınç
uygulaması için gerekli olan parçalar. En küçük noktalara dahi gerekli miktarda
ve eşit basınç uygulanması ve ardından basınç uygulayan parçanın fırınlamanın
ardından çıkarılması oldukça zor. Tek parça kadro yöntemini uygulamak küçük
parçalar için her ne kadar mümkün olsa da , hata oranı oldukça yüksek
olurken,  elde edilebilen kalite oranı
yeterli olmayabiliyor.

Bu nedenle
piyasadaki bütün tek parça kadro yöntemi kullanıldığı söylenen ürünler aslında
birkaç parçadan oluşuyor ve parçalar birleştirildikten sonra bütün halinde
tekrar fırınlanarak kusursuz bir görünüm kazandırılıyor.

Katmanların
birbirleriyle sağlam bir şekilde birleşmesini sağlayan birkaç yöntem de var. Bu
genellikle katmanlar halindeki ham kadroda hava kesecikleri oluşturup,
fırınlanmadan önce kalıba yerleştirdikten sonra bu hava keseciklerini
şişirmektir. Bu yöntem genelde günümüzde tüm tek parça kadroların yapımında
kullanılır. Hava kesesi yönteminin dezavantajı ise havanın katmanlar arasında
sıkışarak katlanmalar oluşturabilmesi riskidir. Bu kadroyu zayıflatabilecek bir
faktördür.

 

Kadronun
Tamamlanması

Kadro ve
kalıp yeteri kadar soğuduğunda, kadro kalıptan çıkartılır. Kadronun kalıba
yapışmaması için kullanılan materyal ve reçine kalıntıları da kadronun
üzerinden temizlendikten sonra birkaç tamamlama işlemi uygulanır ve kadro
boyama işlemine alınır.

Bu yazı ile giriş yaptığımız karbon kadrolar ve parçalarda dikkat edilmesi gereken noktalara gelecek hafta değineceğimizi yazının başında belirtmiştim.

Kırılmış bir karbon kadro ile ilgili videoyu izleyebilirsiniz.

 

[View:http://www.youtube.com/watch?v=SDVpRSNtcPQ:550:0]

Cyclingtr
Yazar Hakkında :

Bir Yorum Yazın