KARBON FİBER.

Karbon, günümüzde otomobil üretiminde kullanılan ve önemi gittikçe daha da artacak olan malzemelerden biri. Tasarımcılar bu malzemeyi olabilecek her şekilde kullanmayı seviyor: İç tasarımda ya da ek parça olarak; saf karbon, karbon parça ya da karbon fiber kaplama olarak. Bu koyu renkli malzeme, hem şık hem de sportif bir görünüm sunuyor. Mühendisler de karbon kullanımı konusunda tasarımcılar kadar heyecanlı, bunun nedeni de karbonun düşük özgül ağırlığının yanında yüksek güç ve dayanıklılık sağlaması. Buna karşın, karbon üretiminin zahmetli bir süreç olduğu da bir gerçek.

Karbon yüksek teknoloji malzemeler arasında özel bir yere sahip; çok şık bir görünüm sunarken aynı zamanda çok hafif bir malzeme olması ve elbette dayanıklı ve güçlü olmasından dolayı. Bu değerli malzemeye ilişkin merak ettiklerinizi bu yazıda bulacaksınız.

Otomobil üretiminde karbon fiberden bahsedildiğinde, çoğunlukla karbon fiber takviyeli polimerden (CFRP) söz edildiğini bilmelisiniz. CFRP, kendisini oluşturan her bir bileşenin olumlu özelliklerini bir araya getirmek için tasarlanmış bir kompozit malzeme örneği. Makalemizin geri kalanında daha kolay anlaşılır olması için ‘’karbon fiber’’ terimini kullanacağız.

Karbon fiber, otomobil mühendisliğinde kullanılan malzemeler gibi hem dengeli hem de hafif olması gereken bileşenlerde oldukça tercih edilen bir malzeme. Bu nedenle hava mühendisliğinin yanı sıra uçak, tekne ve bisiklet yapımında da karbon fiber kullanılıyor. Otomobil üretiminde karbon fiber, kendisinden önce gelen diğer tüm malzemeler gibi önce yarış otomobillerinde kullanıldı ve sonrasında seri üretime geçti. Motor sporlarında tasarruf edilen her gram ağırlık son derece önemli olduğu için bir yarış otomobili üretiminin temel taşlarından biri, hafif yapı.

Örneğin BMW’de bu malzeme, BMW M modellerinin tavanlarında ve BMW M Performance Parçaları’nın görünür karbon fiber yapılarında kullanılır. Bu makalede, özellikle görünür karbon fiber parçalara odaklanıyoruz. Malzeme, aynı zamanda BMW 7 Serisi’nin gövde bileşenlerinde, bunun öncesinde BMW i8 modelinde ve en belirgin olarak BMW i3 modelinde kullanıldı. Hatta bu tamamen elektrikli otomobilin tüm gövdesi karbon fiberden üretildi.

BMW iX’te de BMW’nin karbon fiber deneyiminden yararlanıldığını söyleyelim. Karbon fiber takviyeli polimer, Almanya’da, Leipzig ve Landshut’ta yer alan BMW üretim tesislerinde üretiliyor. Elyaflar ise ABD’de, Moses Lake’de, üretildikten sonra yarı mamul fiber ürün veya yığınlar olarak bilinen temel yapı Wackersdorf, Almanya’da üretiliyor.

Otomobilin görünür kısımlarında kullanılan karbonun dokusu onun karakteristik özelliklerinden biri. Ayrıca bu doku onu göz alıcı bir malzeme de yapıyor. BMW, beklentileri karşılamak için karbon fiber kullanımı ile özelleştirme seçeneklerini oldukça geniş tutuyor ve motor bölümü kapağından iç ve dış tasarım öğelerine ve difüzöre kadar çeşitli karbon kullanımları sunuyor.

Karbon fiberin otomobil üretiminde, BMW M Performance Parçaları gibi eklenti parçalarda veya tamamen karbon fiber şasi elemanlarında kullanılan bir karbon kompozit malzeme olduğundan söz etmiştik. Üretim için gerekli olan malzemeler ise karbon fiberlerin yanında, “matris” olarak bilinen, sıcakta sertleşen plastiklerden üretilen destekleyici bir yapı. Matris, sentetik reçine gibi çeşitli malzemelerden yapılabiliyor ve elyafları birbirine bağlamayı sağlarken aralarındaki boşlukları dolduruyor. Sentetik reçine oda sıcaklığında uzun süre durduktan sonra çapraz bağ oluşturmaya başlayacağı için -18°C sıcaklıkta bobin etrafına sarılı halde muhafaza ediliyor. Malzeme, bir sonraki işlem adımından bir gün önce oda sıcaklığına getiriliyor.

Karbon fiberler, son derece ince bir yapıya sahip; genellikle bir saç telinin onda biri genişlikteler. Elyafların yerleştirildikleri yön ise, denge açısından son derece önemli; çünkü bir karbon yapı, yalnızca elyafların baktığı yönde son derece sağlam olabiliyor. Yapısal bileşenler için sonraki adımda bu ince liflerin yaklaşık 50.000 tanesi bir araya gelerek “fitil” adı verilen elyaf demetleri oluşturuyor. Görünür karbon parçalarında yaklaşık 3.000 ince lifin mevcut olduğunu biliyoruz. Daha sonra fitiller, her yönde sağlamlık sağlamak için farklı elyaf yönlerinden oluşan düz kumaşlar tasarlamak için kullanılıyor. Elyafların biri diğerinin üzerine yerleştirilerek yığınlar oluşturuluyor.

Ardından bunlar kalıplara yerleştiriliyor ve daha sonra “pişiriliyor”. Otoklav adımı denilen bu işlemde, sıcakta katılaşan matris, 120°C sıcaklıkta, yüksek basınçta ve yaklaşık iki saat boyunca sertleşiyor. Reçine çapraz bağlantılar, bileşene son şeklini veriyor. Bunun sonucunda, gerektiği şekilde daha büyük elemanlar (gövde elemanları) oluşturmak için bir araya getirilebilen karbon fiber otomobil parçaları meydana geliyor. Görünür parçalar, daha sonra şeffaf cilayla kaplanıyor; bu, karbon biçimlerinin karakteristik yapısının görünebilmesini ve aynı zamanda malzemenin korunmasını sağlıyor.

Görünür karbon parçalar çoğunlukla elde üretiliyor ve bu, zaman alan bir süreç. Tek bir bileşenin üretilmesi bile tüm gün sürebiliyor. Hazırlama, kesme, otoklavı pişirme, kalıptan çıkarma, frezeleme, cilalama süreçlerinin hepsi oldukça zaman alıyor. Fakat yüksek düzeyde kalite ve ayrıcalık garanti ediliyor.

Karbon fiber, onu diğer malzemelerden ayıran çok fazla olumlu özelliğe sahip olan eşsiz bir malzeme. Avantajlarından biri de yüksek seviyedeki sağlamlığı ve oldukça dengeli yapısı. Karbon fiber otomobil parçaları, darbe enerjisinin büyük bir kısmını emebiliyor. Bu sayede, karbon fiber doğru yerlerde kullanıldığında otomobil güvenliğini artırmaya yardımcı oluyor.

Düşük özgül ağırlığa sahip olması, karbonun diğer bir avantajı. En önemli hafif metallerden biri olan alüminyumdan üretilen gövde bileşenleri, karbondan üretilen eşdeğer bir elemandan %20 ila %30 daha ağır olabiliyor; bu oran çelikten yapılan bir eleman için %50’ye yükselebiliyor. Daha az ağırlık, daha az yakıt ve elektrik kullanılması anlamına geliyor ve böylece oluşan karbon ayak izi azalıyor. Alternatif olarak sportif otomobillerin performans özellikleri, karbon fiber kullanımı ile artırılabiliyor. Bunun nedeni ise son derece basit: Otomobilin daha hafif olması, daha hızlı olması anlamına geliyor.

Karbon fiberin diğer avantajları arasında, istenen hemen hemen her biçimde parçalar üretebilme, korozyona dayanıklılık ve dolayısıyla uzun ömürlülük, düşük termal genleşme, uzun süreli ısı dayanıklılığı ve yorulma mukavemeti yer alıyor. Bu özellikler, karbon üretiminin yoğun bir işçilik gerektirmesi dezavantajını göze almaya değer bir fayda sağlıyor. Karbon fiberin maliyeti, yüksek miktarlı alımlar ve gelişmekte olan inovasyonlarla düşüyor.

Özetlemek gerekirse, karbon fiber dışında bu seviyede bir ağırlık tasarrufu sağlayarak kullanılabilen ve aynı zamanda bu mekanik özellikleri sunabilen başka bir malzeme yok denebilir. Üstelik, BMW M Performance Parçaları’nda da görüldüğü gibi karbon, otomobile kendine has bir “M” görünümü katıyor.