Kohlefaser Verstärkte Polymerverbundwerkstoffe (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 eine faserverstärkte zu beschreiben Verbundwerkstoff das verwendet Kohlefaser als primäre Strukturkomponente. Es ist zu beachten, dass das "P" in CFK auch für "Kunststoff" anstelle von "Polymer" stehen kann.
Im Allgemeinen verwenden CFK-Verbundwerkstoffe duroplastische Harze wie Epoxidharz, Polyester oder Vinylester. Obwohl thermoplastische Harze werden in CFK-Verbundwerkstoffen verwendet. "Kohlefaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe" werden häufig unter dem eigenen Akronym CFRTP-Verbundwerkstoffe geführt.
Bei der Arbeit mit Verbundwerkstoffen oder in der Verbundwerkstoffindustrie ist es wichtig, die Begriffe und Akronyme zu verstehen. Noch wichtiger ist es, das zu verstehen Eigenschaften von GFK-Verbundwerkstoffen und Fähigkeiten der verschiedenen Verstärkungen wie Kohlefaser.
Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen
Mit Kohlefaser verstärkte Verbundwerkstoffe unterscheiden sich von anderen GFK-Verbundwerkstoffen, bei denen herkömmliche Materialien wie Glasfaser oder Glasfaser verwendet werden Aramidfaser. Die vorteilhaften Eigenschaften von CFK-Verbundwerkstoffen umfassen:
Leicht: Ein traditionelles glasfaserverstärkter Verbundwerkstoff Die Verwendung einer kontinuierlichen Glasfaser mit einer Faser aus 70% Glas (Glasgewicht / Gesamtgewicht) hat üblicherweise eine Dichte von 0,065 Pfund pro Kubikzoll.
In der Zwischenzeit 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, sondern CFK-Verbundwerkstoffe sind pro Gewichtseinheit auch viel stärker und steifer. Dies gilt für den Vergleich von Kohlefaserverbundwerkstoffen mit Glasfasern, im Vergleich zu Metallen jedoch umso mehr.
Eine gute Faustregel beim Vergleich von Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen lautet beispielsweise, dass eine Kohlefaserstruktur mit gleicher Festigkeit häufig ein Fünftel der 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, wird standardmäßig davon ausgegangen dass eine Aluminiumstruktur mit gleicher Festigkeit wahrscheinlich das 1,5-fache der Kohlefaser wiegen würde Struktur.
Natürlich gibt es viele Variablen, die diesen Vergleich ändern könnten. Die Qualität und Qualität der Materialien kann unterschiedlich sein, und bei Verbundwerkstoffen kann die Herstellungsprozess, Faserarchitektur und die Qualität müssen berücksichtigt werden.
Nachteile von CFK-Verbundwerkstoffen
Kosten: Obwohl erstaunliches Material, gibt es einen Grund, warum Kohlefaser nicht in jeder einzelnen Anwendung verwendet wird. Derzeit sind CFK-Verbundwerkstoffe in vielen Fällen unerschwinglich. Abhängig von den aktuellen Marktbedingungen (Angebot und Nachfrage), der Art der Kohlefaser (Luft- und Raumfahrt vs. Handelsqualität) und die Größe des Faserkabels kann der Preis für Kohlefaser dramatisch variieren.
Rohkohlefasern auf Preis-pro-Pfund-Basis können zwischen 5- und 25-mal teurer sein als Glasfaser. Diese Ungleichheit ist beim Vergleich von Stahl mit CFK-Verbundwerkstoffen noch größer.
Leitfähigkeit: Dies kann sowohl ein Vorteil für Kohlefaserverbundwerkstoffe als auch ein Nachteil je nach Anwendung sein. Kohlefaser ist extrem leitfähig, während Glasfaser isolierend ist. Viele Anwendungen verwenden Glasfasernund kann ausschließlich wegen der Leitfähigkeit keine Kohlefaser oder Metall verwenden.
In der Versorgungsindustrie sind beispielsweise viele Produkte erforderlich, 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.