CFK-Verbundwerkstoffe verstehen

— Die erstaunlichen Fähigkeiten von kohlefaserverstärkten Polymeren.

KohlefaserReinforced Polymer Composites (CFK) sind leichte, starke Materialien, die zur Herstellung zahlreicher Produkte unseres täglichen Lebens verwendet werden.Es ist ein Begriff, der verwendet wird, um ein faserverstärktes Material zu beschreibenVerbundwerkstoffdie Kohlefaser als primäre Strukturkomponente verwendet.Zu beachten ist, dass das „P“ in CFK statt „Polymer“ auch für „Kunststoff“ stehen kann.

Im Allgemeinen verwenden CFK-Verbundwerkstoffe duroplastische Harze wie Epoxid,Polyester oder Vinylester.Obwohlthermoplastische Harzewerden in CFK-Verbundwerkstoffen verwendet, „Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Composites“ werden oft mit ihrem eigenen Akronym CFRTP-Verbundwerkstoffe bezeichnet.

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

Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe, die mit Kohlefaser verstärkt sind, unterscheiden sich von anderen FRP-Verbundwerkstoffen, die herkömmliche Materialien wie Glasfaser oder Glasfaser verwendenAramidfaser.Zu den vorteilhaften Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen gehören:

Leicht:Ein traditionellesglasfaserverstärkter Verbundstoffunter Verwendung von Endlosglasfaser mit einer Faser von 70 % Glas (Gewicht des Glases/Gesamtgewicht) wird üblicherweise eine Dichte von 0,065 Pfund pro Kubikzoll haben.

Ein CFRP-Verbundstoff mit dem gleichen Fasergewicht von 70 % könnte dagegen typischerweise eine Dichte von 0,055 Pfund pro Kubikzoll haben.

Erhöhte Stärke:Kohlefaserverbundwerkstoffe sind nicht nur leichter, CFK-Verbundwerkstoffe sind auch viel fester und steifer pro Gewichtseinheit.Dies gilt für den Vergleich von Kohlefaserverbundwerkstoffen mit Glasfasern, aber noch mehr für den Vergleich mit Metallen.

Eine gute Faustregel beim Vergleich von Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen lautet beispielsweise, dass eine Kohlefaserstruktur gleicher Festigkeit oft 1/5 des Gewichts von Stahl wiegt.Sie können sich vorstellen, warum Automobilunternehmen die Verwendung von Kohlefaser anstelle von Stahl untersuchen.

Beim Vergleich von CFK-Verbundwerkstoffen mit Aluminium, einem der leichtesten verwendeten Metalle, ist eine Standardannahme, dass eine Aluminiumstruktur gleicher Festigkeit wahrscheinlich das 1,5-fache 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 Qualität zu berücksichtigen.

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 (Luftfahrt vs. kommerzielle Qualität) und der Faserkabelgröße kann der Preis für Kohlefaser dramatisch variieren.

Rohkohlefaser kann auf einer Preis-pro-Pfund-Basis zwischen 5-mal bis 25-mal teurer sein als Glasfaser.Diese Diskrepanz ist noch größer, wenn man Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen vergleicht.

Leitfähigkeit:Dies kann für Kohlefaserverbundwerkstoffe je nach Anwendung sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil sein.Kohlefaser ist extrem leitfähig, während Glasfaser isolierend ist.VieleAnwendungen verwenden Glasfaser, und kann aufgrund der Leitfähigkeit keine Kohlefaser oder Metall verwenden.

Beispielsweise müssen in der Versorgungsindustrie viele Produkte Glasfasern verwenden.Dies ist auch einer der Gründe, warum Leitern Glasfaser als Leiterholme verwenden.Wenn eine Glasfaserleiter mit einer Stromleitung in Kontakt kommt, ist die Wahrscheinlichkeit eines Stromschlags viel geringer.Bei einer CFK-Leiter wäre dies nicht der Fall.

Obwohl die Kosten für CFK-Verbundwerkstoffe immer noch hoch sind, ermöglichen neue technologische Fortschritte in der Fertigung weiterhin kostengünstigere Produkte.Hoffentlich werden wir zu unseren Lebzeiten in der Lage sein, kostengünstige Kohlenstofffasern in einer Vielzahl von Verbraucher-, Industrie- und Automobilanwendungen einzusetzen.