CFK-Verbundwerkstoffe verstehen

— Die erstaunlichen Fähigkeiten kohlenstofffaserverstärkter Polymere.

KohlefaserVerstärkte Polymerverbundstoffe (CFK) sind leichte, starke Materialien, die bei der Herstellung zahlreicher Produkte unseres täglichen Lebens verwendet werden. Es handelt sich um einen Begriff zur Beschreibung von faserverstärktem MaterialVerbundwerkstoffdas Kohlenstofffasern als primäre Strukturkomponente verwendet. Zu beachten ist, dass das „P“ in CFK statt für „Polymer“ auch für „Kunststoff“ stehen kann.

Im Allgemeinen werden für CFK-Verbundwerkstoffe duroplastische Harze wie Epoxidharz verwendet.Polyester oder Vinylester. Obwohlthermoplastische Harzewerden in CFK-Verbundwerkstoffen verwendet. „Kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe“ tragen oft ihr eigenes Akronym: CFRTP-Verbundwerkstoffe.

Bei der Arbeit mit Verbundwerkstoffen oder innerhalb der Verbundwerkstoffindustrie ist es wichtig, die Begriffe und Akronyme zu verstehen. Noch wichtiger ist es, das zu verstehenEigenschaften von FVK-Verbundwerkstoffenund Fähigkeiten der verschiedenen Verstärkungen wie Kohlefaser.

Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen

Mit Kohlefaser verstärkte Verbundwerkstoffe unterscheiden sich von anderen FRP-Verbundwerkstoffen, die herkömmliche Materialien wie Glasfaser oder andere Materialien verwendenAramidfaser. Zu den vorteilhaften Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen zählen:

Geringes Gewicht:Ein traditionellesGlasfaserverstärkter VerbundwerkstoffDie Verwendung von Endlosglasfasern mit einer Faser aus 70 % Glas (Glasgewicht / Gesamtgewicht) hat üblicherweise eine Dichte von 0,065 Pfund pro Kubikzoll.

Unterdessen könnte ein CFRP-Verbundwerkstoff mit dem gleichen Fasergewicht von 70 % typischerweise eine Dichte von 0,055 Pfund pro Kubikzoll haben.

Erhöhte Stärke:Kohlefaserverbundwerkstoffe sind nicht nur leichter, sondern CFK-Verbundwerkstoffe sind pro Gewichtseinheit auch viel fester und steifer. Dies trifft zu, wenn man Kohlefaserverbundwerkstoffe mit Glasfasern vergleicht, aber umso mehr, wenn man sie mit Metallen vergleicht.

Eine gute Faustregel beim Vergleich von Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen lautet beispielsweise, dass eine Kohlenstofffaserstruktur gleicher Festigkeit oft nur ein Fünftel des Gewichts von Stahl wiegt. Sie können sich vorstellen, warum Automobilunternehmen die Verwendung von Kohlefaser anstelle von Stahl in Betracht ziehen.

Beim Vergleich von CFK-Verbundwerkstoffen mit Aluminium, einem der leichtesten verwendeten Metalle, geht man standardmäßig davon aus, dass eine Aluminiumstruktur mit gleicher Festigkeit wahrscheinlich das 1,5-fache des Gewichts der Kohlefaserstruktur wiegen würde.

Natürlich gibt es viele Variablen, die diesen Vergleich verändern könnten. Der Grad und die Qualität der Materialien können unterschiedlich sein, und bei Verbundwerkstoffen kann dies der Fall seinHerstellungsprozess, Faserarchitektur und die Qualität müssen berücksichtigt werden.

Nachteile von CFK-Verbundwerkstoffen

Kosten:Obwohl es sich um ein erstaunliches Material handelt, gibt es einen Grund, warum Kohlefaser nicht in jeder einzelnen Anwendung verwendet wird. Derzeit sind CFK-Verbundwerkstoffe in vielen Fällen kostenintensiv. Abhängig von den aktuellen Marktbedingungen (Angebot und Nachfrage), der Art der Kohlefaser (Luft- und Raumfahrtqualität vs. kommerzielle Qualität) und der Faserkabelgröße kann der Preis für Kohlefaser dramatisch variieren.

Rohkohlefaser kann auf Pfundbasis zwischen 5- und 25-mal teurer sein als Glasfaser. Dieser Unterschied ist noch größer, wenn man Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen vergleicht.

Leitfähigkeit:Dies kann je nach Anwendung sowohl ein Vorteil für Kohlefaserverbundwerkstoffe als auch ein Nachteil sein. Kohlefaser ist extrem leitfähig, während Glasfaser isolierend ist. VieleAnwendungen verwenden GlasfaserAus Gründen der Leitfähigkeit können keine Kohlefasern oder Metalle verwendet werden.

In der Versorgungsindustrie müssen beispielsweise viele Produkte Glasfasern verwenden. Dies ist auch einer der Gründe, warum Leitern Glasfaser als Leiterholme verwenden. Wenn eine Glasfaserleiter mit einer Stromleitung in Berührung kommt, ist die Gefahr eines Stromschlags viel geringer. Dies wäre bei einer CFK-Leiter nicht der Fall.

Obwohl die Kosten für CFK-Verbundwerkstoffe nach wie vor hoch sind, ermöglichen neue technologische Fortschritte in der Herstellung weiterhin kostengünstigere Produkte. Hoffentlich werden wir noch zu unseren Lebzeiten kosteneffiziente Kohlefasern in einer Vielzahl von Verbraucher-, Industrie- und Automobilanwendungen einsetzen können.