Otomotiv Sektöründe Kompozit Kullanımı
Kompozit malzemelerden geçmişten günümüze pek çok sektörde yararlanılmakta ve kompozit malzemelerin geçmişi antik çağlara kadar dayanmaktadır. Antik çağlarda kırılgan malzemelere bitkisel ve hayvansal lifler eklenerek daha dayanıklı hale getirilmiş ve böylece
kompozit malzemelerin ilk örnekleri ortaya çıkmıştır.
İki ya da daha fazla malzemenin en iyi özelliklerini tek bir malzemede toplamak amacıyla makro-düzeyde birleştirilmesi oluşan kompozit malzemeler; havacılıktan savunmaya; uzaydan otomotive pek çok sektörde yıllardan beri kullanılmaktadır.
Otomotiv sektöründe kompozit kullanımı ise ilk olarak 1945 yılında Stout 46 isimli otomobil ile ortaya çıkmıştır. Yıllar içinde ise otomotiv sektörünün sürdürülebilirlik hedefleri benimsemesi ile kompozit kullanımında artış görülmüştür.
Otomotiv Sektöründe Kompozit Kullanımının Tarihçesi
1945 yılında ilk kez Stout 46 isimli otomobil kompozit kullanılarak üretilmiştir. Dünyanın ilk fiberglass gövde ve havalı süspansiyona sahip kompozit prototip otomobili olarak kabul edilen Stout 6; Owens Corning ve William Stout tarafından geliştirilmiştir.
Kompozit kullanılan arabaların ilk ticari örneği ise 1953 yılında ortaya çıkmıştır. Bu yılda MFG; fiberglass gövde panellerine sahip ilk otomobili Chevrolet Corvette’yi piyasaya sürmüştür.
1960 yılına gelindiğinde ise Sac Kaplama Kompozit (SMC) icat edilmiştir. Böylece otomobillerde SMC kullanılmaya başlanmıştır. Bunun ilk örneklerinden biri ise
1968 yılında piyasaya sürülen Chrysler Station Wagon olmuştur; bu otomobil SMC arka hava deflektörüne sahiptir. 1972 yılında ise Corvette gövde panallerini SMC’ye dönüştürmüştür.
Formula 1 yarış arabalarında kompozit malzemelerden yararlanıldığı bilinmektedir. Bunun ilk örneği ise 1981 yılında ortaya çıkmıştır. İngiliz otomotiv şirketi McLaren, 1981 yılında karbon fiber monoblok gövdeli ilk Formula 1 aracını piyasaya sürmüştür.
Yıllar içinde özellikle SMC’lerin otomotiv sektöründe kullanımında artış görülmüştür. Birçok otomotiv firması SMC’den gövde panellerinde, ön sistemlerde, vb. kısımlarda yararlanmıştır. 1987 yılında Kuzey Amerika’da bir otomobildeki tampon kirişinde SMC kullanılmış ve bu SMC kullanılan ilk yapısal parça olmuştur.
2013 yılına geldiğimizde dünyanın en büyük otomotiv şirketlerinden biri büyük ölçüde kompozit malzemelerle yapılan ilk seri üretim otomobili piyasaya sürmüştür. Bu gelişme ile kompozit malzemeler seri üretim arabalarda kullanımı da giderek artmıştır. Günümüzde
kompozit malzemelerin hafif ve daha doğa dostu bir çözüm olması kullanımlarını artmaktadır.
Otomotivlerde Kullanılan Kompozit Malzeme Türleri
Otomotiv endüstrisindeki kompozit malzeme türleri, araçların hangi noktasında bu malzemelerden yararlanılacağına göre değişim göstermektedir. Otomotiv sektöründe kullanılan kompozit malzemelerine baktığımızda elyaf türüne göre; cam, karbon fiber veya doğal elyaflı kompozitler kullanılmaktadır.
Reçine türüne göre ise termoset veya termoplastik kompozitlerden yararlanılmaktadır.
Elyaf türüne göre bakıldığında otomotiv sektöründe en çok pazar payına sahip olanlar cam elyaf kompozitlerdir. Bu kompozit malzemelerin ısıl dirençleri oldukça düşük ve mukavemetleri yüksektir.
Aynı zamanda cam elyaf takviyeli kompozitler kimyasal malzemelere ve neme karşı da direnç gösterirler. Otomotiv sektöründe bu özellikleri sayesinde kullanılan cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerin kullanımının bir nedeni ise düşük maliyetli, kolay bulunabilir ve işlenebilir olmasıdır.
Özellikle seri üretimde düşük maliyetli olması ile üreticiye büyük bir avantaj sağlar.
Karbon fiber takviyeli kompozit malzemeler ise sağlam ve hafiftir. Fakat bu kompozit malzemeler yüksek maliyetlidir, bu sebeple çoğunlukla spor ve üst segment arabalarda kullanılmaktadırlar.
Doğal elyaflardan ise arabaların bagaj, baş kaplamaları ve koltuk arkalıklarında daha çok yararlanılmaktadır. Günümüzde sürdürülebilirliğin önem kazanması ile doğal lifler daha çok kullanılmaktadır. Örneğin; motorsporlarında gövde yapılarında da doğal elyaflar kullanılmaya başlanmıştır.
Araçlarda kompozit malzemelerden en çok yararlanılan noktalar ise; çamurluk, tampon, kapı panelleri, kaput vb. dış yapılardır. Bunun sebebi ise kompozit malzemelerin araçların dış yapıları için aranılan özellikler olan; kimyasal dayanım, çekme mukavvemeti gibi özellikleri sunmasıdır.
Aynı zamanda kompozit malzemelerin genel olarak bakım maliyetleri daha düşük ve
daha uzun ömürlüdür. Bu sebeple de araçlarının ömrünün de uzaması için dış cephelerinde kompozitlerden yararlanılmaktadır.
Reçine türlerine baktığımızda ise karşımıza termoset ve termoplastik kompozitler çıkmaktadır. Bu kompozit malzemelerin her ikisinin de araçlarda kullanım yerleri değişkenlik göstermektedir. Termoset malzemelere otomotiv sektöründen gelen talep daha yüksektir ve
termoset kompozitlerden far yuvasından dış ve iç bileşenlere pek çok alanda kullanılmaktadır.
Bunun yanı sıra termoplastikler ise geri dönüştürülebilir olmaları sayesinde kullanım oranları artan bir malzeme haline gelmiştir. Termoplastiklerin maliyetlerinin düşmesi durumunda
bu malzemelere olan pazar talebinin yükseleceği öngörülmektedir.
Otomotiv Sektöründe Sürdürülebilirlik ve Kompozitler
Dünyada yaşanan iklim krizi, sürdürülebilirlik kavramını hayatımıza daha da sokmuştur. Firmalar üretim yaptıkları alanda sürdürülebilirlik hedefleri doğrultusunda; yenilenebilir enerji kullanımlarını yükseltmek; atıklarını geri dönüştürmek gibi konularda çalışmaktadır.
Dünyanın içinde bulunduğu durumdan otomotiv sektörü de etkilenmiştir. Bu etki ile beraber elektrikli araçların üretimi artmış; araçların karbon emisyonlarını sıfıra indirmek üzerine birçok firma çalışmalara başlamıştır.
Avrupa Birliği’nin bu konudaki hedeflerine bakarsak; 2030 yılına kadar otomobillerin karbondioksit emisyonlarının %50 oranında düşürülmesini hedeflemektedirler. Çevresel süreçlerden tabii ki tüketicilerde etkilenmektedir ve bu sebeple tüketicilerin çevre dostu; karbon emisyonu düşük araçlara olan talebi yükselmektedir. Bu talepler doğrultusunda otomotiv sektöründe kompozit kullanımı artmıştır.
Sürdürülebilirlik hedefleri doğrultusunda kompozit kullanılmasının nedenleri şunlardır;
• Kompozitler daha kolay ve istenilen şekilde şekillendirilebilmektedir.
Bu sayede araçların montaj sürelerinde kısalma görülür, bu da harcanan enerjinin
düşürülmesini sağlar.
• Kompozitler birçok malzemeye göre çok daha hafiftir. Otomobillerde ağırlıkların azalması; toplam maliyet ve yakıt tüketiminde azalma görülmesini sağlar. Böylece araçlarda yakıt tasarrufu sağlanır ve karbon emisyonu düşer.
• Kompozitler; elektrikli araçlar için yenilikçi batarya entegrasyon çözümleri sunar, yeni nesil otomobillerin gelişmesine katkıda bulunur.
• Kompozitler; yeni nesil hidrojen ile çalışan araçlara uygun yakıt depolama tankları sunar.
Bu özellikleri sayesinde kompozit malzemelerin yıllar içinde otomotiv sektöründe kullanımının daha da artacağı öngörülmektedir. Kompozit malzemelerin sektörlere göre dağılımı incelendiğinde 2019 yılında %28 oranla otomotiv sektörünün önde geldiği görülmektedir.
Yapılan araştırmalara göre 1980 yılından beri sürekli yükseliş gösteren otomotiv kompozitleri pazarı, gelecekte daha da büyüyecektir.
Kaynakça:
https://www.sutori.com/en/story/history-of-automotive-composites--1yJrnDNy2bwyet92mgYPVa47
https://kalkinmaguncesi.izka.org.tr/index.php/2021/06/17/otomotiv-sektorunde-kompozit-malzeme-kullanimi/
The future use of structural composite materials in the automotive industry, Dr. Joe Carruthers
Hazırlayan: Nilsu Kotil
