Grundlegendes zu CFK-Verbundwerkstoffen

Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites (CFK) sind leichte, starke Materialien, die bei der Herstellung zahlreicher Produkte verwendet werden, die in unserem täglichen Leben verwendet werden. Es ist ein Begriff, der verwendet wird, um ein faserverstärktes Verbundmaterial zu beschreiben, das Kohlefaser als primäre Strukturkomponente verwendet. Es ist zu beachten, dass das "P" in CFK auch für "Kunststoff" anstelle von "Polymer" stehen kann.

CFK-Verbundwerkstoffe verwenden im Allgemeinen wärmehärtbare Harze wie Epoxy, Polyester oder Vinylester. Obwohl thermoplastische Harze in CFK-Verbundwerkstoffen verwendet werden, werden "kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe" häufig als CFK-Verbundwerkstoffe bezeichnet.

Wenn Sie mit Verbundwerkstoffen oder in der Verbundwerkstoffindustrie arbeiten, ist es wichtig, die Begriffe und Akronyme zu verstehen. Noch wichtiger ist es, die Eigenschaften von GFK-Verbundwerkstoffen und die Fähigkeiten der verschiedenen Verstärkungen wie Kohlefasern zu verstehen.

Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen

Mit Kohlefaser verstärkte Verbundwerkstoffe unterscheiden sich von anderen GFK-Verbundwerkstoffen, bei denen herkömmliche Materialien wie Glasfasern oder Aramidfasern verwendet werden. Zu den vorteilhaften Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen gehören:

Leicht: Ein herkömmlicher glasfaserverstärkter Verbundwerkstoff unter Verwendung kontinuierlicher Glasfasern mit einer Faser von 70% Glas (Glasgewicht / Gesamtgewicht) hat üblicherweise eine Dichte von 0,065 Pfund pro Kubikzoll.

Unterdessen kann ein CFK-Verbundstoff mit dem gleichen Fasergewicht von 70% typischerweise eine Dichte von 0,055 Pfund pro Kubikzoll aufweisen.

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

Zum Beispiel lautet eine gute Faustregel beim Vergleich von Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen, dass eine Kohlefaserstruktur mit gleicher Festigkeit oft ein Fünftel des Gewichts von Stahl wiegt. Sie können sich vorstellen, warum Automobilunternehmen nach Kohlefasern anstelle von Stahl suchen.

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

Natürlich gibt es viele Variablen, die diesen Vergleich ändern könnten. Die Güte und Qualität der Materialien kann unterschiedlich sein, und bei Verbundwerkstoffen müssen der Herstellungsprozess, die Faserarchitektur und die Qualität berücksichtigt werden.

Nachteile von CFK-Verbundwerkstoffen

Kosten: Obwohl erstaunliches Material, gibt es einen Grund, warum Carbonfaser nicht in jeder einzelnen Anwendung verwendet wird. Gegenwärtig sind CFK-Verbundwerkstoffe in vielen Fällen kostenintensiv. Abhängig von den aktuellen Marktbedingungen (Angebot und Nachfrage), der Art der Kohlenstofffaser (Luft- und Raumfahrt vs. Handelsqualität) und der Größe des Faserkabels kann der Preis der Kohlenstofffaser dramatisch variieren.

Rohe Kohlenstofffasern auf der Basis eines Preises pro Pfund können zwischen dem Fünffachen und dem 25-Fachen teurer sein als Glasfasern. Diese Ungleichheit ist noch größer, wenn Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen verglichen wird.

Leitfähigkeit: Dies kann je nach Anwendung sowohl ein Vorteil gegenüber Kohlefaserverbundwerkstoffen als auch ein Nachteil sein. Kohlefaser ist extrem leitfähig, während Glasfaser isolierend ist. Viele Anwendungen verwenden Glasfasern und können aufgrund der Leitfähigkeit keine Kohlefasern oder Metalle verwenden.

Zum Beispiel werden in der Versorgungsindustrie viele Produkte benötigt, um Glasfasern zu verwenden. Dies ist auch einer der Gründe, warum Leitern Glasfasern als Leiterschienen verwenden. Wenn eine Glasfaserleiter mit einer Stromleitung in Kontakt kommt, ist die Wahrscheinlichkeit 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. Wir hoffen, dass wir in unserem Leben kostengünstige Kohlefasern sehen können, die in einer Vielzahl von Verbraucher-, Industrie- und Automobilanwendungen eingesetzt werden.