Kohlefaser-Sandwichplatten mit Wabenstruktur – leicht, stark und vielseitig
Kohlenstofffasern werden aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften – hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, hoher Elastizitätsmodul, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient und ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit – in vielen Anwendungen eingesetzt. Infolgedessen erfreuen sich Kohlefaserverbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt-, Militär- und Automobilindustrie sowie in Sportgeräten wie Fahrrädern, Golfschlägern und Tennisschlägern großer Beliebtheit.
Eine der vielseitigsten und effizientesten Möglichkeiten, Kohlenstofffasern zu verwenden, ist die Herstellung von Sandwichplatten, die aus zwei dünnen Kohlenstofffaserhäuten bestehen, die mit einem leichten Kernmaterial wie Schaum, Balsa oder Wabenstruktur verbunden sind. Unter diesen Kernmaterialien zeichnet sich Wabenstruktur durch ihre Festigkeit, Steifigkeit und Gewichtseinsparung aus.
Ein Wabenkern besteht aus einer Reihe sechseckiger Zellen, die aus einer dünnen Materialschicht wie Aluminium, Papier oder Nomex-Gewebe bestehen, die in einem bestimmten Muster gefaltet und verklebt wird. Durch diese Struktur entsteht ein dreidimensionales Netzwerk, das Lasten in verschiedene Richtungen aufnehmen und verteilen kann und gleichzeitig das Gewicht der Gesamtplatte minimal erhöht. Wabenkerne können je nach Anwendungsanforderungen kleine bis große Zellgrößen haben.
Durch die Kombination von Kohlefaserhäuten mit einem Wabenkern können Sandwichpaneele eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit, eine hohe Schlagfestigkeit und ein geringes Gewicht erreichen, was sie ideal für verschiedene Anwendungen macht, die Festigkeit und Haltbarkeit erfordern, wie zum Beispiel:
- Luft- und Raumfahrtstrukturen: Kohlefaser-Wabensandwichplatten werden in Flugzeug- und Raumfahrzeugkomponenten wie Flügeln, Rumpfabschnitten und Satellitenantennen verwendet, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und thermische Stabilität von entscheidender Bedeutung sind.
- Schiffsstrukturen: Wabensandwichplatten aus Kohlefaser werden in Bootsrümpfen, Decks und Schotten eingesetzt, wo Wasserbeständigkeit, Haltbarkeit und Leichtigkeit wichtig sind.
- Automobilstrukturen: Wabensandwichplatten aus Kohlefaser werden in Rennwagen, Sportwagen und Elektrofahrzeugen verwendet, wo Gewichtsreduzierung, Steifigkeit und Crashverhalten erwünscht sind.
- Industrielle Strukturen: Wabensandwichplatten aus Kohlefaser werden in Rotorblättern, Containern, Unterständen und akustischen Barrieren von Windkraftanlagen eingesetzt, wo Korrosionsbeständigkeit, Feuerbeständigkeit und Wärmedämmung erforderlich sind.
Je nach gewünschtem Ergebnis und verfügbaren Ressourcen gibt es verschiedene Möglichkeiten, Kohlefaser-Wabensandwichplatten herzustellen. Zu den gängigsten Methoden gehören:
- Prepreg-Layup: Bei dieser Methode werden Carbonfaser-Prepreg-Blätter auf einen Wabenkern laminiert und durch Hitze und Druck miteinander verbunden. Der Prepreg-Layup ermöglicht eine präzise Faserausrichtung, Dickenkontrolle und Oberflächenbeschaffenheit, erfordert jedoch spezielle Ausrüstung und qualifiziertes Personal.
- Vakuumverpackung: Bei dieser Methode wird ein vorimprägniertes Kohlefasergewebe über einen Wabenkern gelegt, mit einer flexiblen Folie versiegelt und ein Vakuum angelegt, um Luft zu entfernen und die Schichten zu komprimieren. Die Vakuumverpackung ermöglicht die Verwendung großer oder komplexer Platten, kann jedoch zu einer ungleichmäßigen Hautdicke und eingeschlossenen Lufteinschlüssen führen.
- Infusion: Bei dieser Methode wird Harz in ein trockenes Kohlefasergewebe infundiert, das über einen Wabenkern drapiert wird, wobei Vakuum verwendet wird, um das Harz gleichmäßig zu verteilen. Die Infusion ermöglicht individuelle Aufbauten und reduzierte Hohlräume, erfordert jedoch eine sorgfältige Auswahl und Handhabung des Harzes.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kohlefaser-Waben-Sandwichplatten eine leistungsstarke Lösung für viele Anwendungen bieten, indem sie die Vorteile von Kohlefasern mit der Leichtigkeit, Festigkeit und Steifigkeit von Waben kombinieren. Durch Auswahl der geeigneten Kerndichte, Zellgröße und Herstellungsmethode können Sandwichpaneele maßgeschneidert werden, um spezifische Anforderungen an Gewicht, Kosten und Leistung zu erfüllen. Angesichts der steigenden Nachfrage nach nachhaltigen und effizienten Materialien dürften Kohlefaser-Wabensandwichplatten in der Zukunft fortschrittlicher Verbundwerkstoffe eine wichtige Rolle spielen.
High Gain stellt seit vielen Jahren Kohlefaser-Sandwichplatten her. Durch die Herstellung im Autoklaven können Größe und Dicke der Platten flexibel gestaltet werden. Kunden können zwischen der Art der Johannisbrotfaser und der Art der dazwischen liegenden Wabenstruktur wählen, um Festigkeit und Steifigkeit zu erreichen.
