Drei Gründe für die Wahl von Kohlefaserverbundwerkstoffen
Seit Ende des letzten Jahrhunderts ist Kohlefaser zu einem der Schlüsselbegriffe in der Anwendung moderner Materialien geworden. In der Praxis wird Kohlefaser häufig mit Matrixmaterialien wie Harzen kombiniert, um Kohlefaserverbundstoffe zu bilden, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. In diesem Artikel werden wir die Vorteile von Kohlefaserverbundstoffen untersuchen.
1. Geringes Gewicht und hohe Festigkeit: Der bekannteste Vorteil von Kohlefasermaterialien ist ihr geringes Gewicht und ihre hohe Festigkeit. Die Dichte von Kohlefasermaterial beträgt nur 1,7 g/m³, was 60 % der Dichte von Aluminiumlegierungen und weniger als 14 % der Dichte von Stahl entspricht. Diese Eigenschaft trägt zu leichten Strukturkonstruktionen bei und führt dazu, dass Kohlefaser häufig in gewichtsreduzierenden Komponenten eingesetzt wird. Darüber hinaus sind die mechanischen Eigenschaften von Kohlefaser außergewöhnlich; ihre Zugfestigkeit ist um ein Vielfaches höher als die von Stahl und ihre spezifische Festigkeit und ihr spezifischer Modul sind bestehenden Strukturmaterialien überlegen. Sie zeichnen sich außerdem durch hervorragende Biegefestigkeit und Scherfestigkeit aus und erfüllen damit effektiv die Nutzungsanforderungen.
2. Chemische Eigenschaften: Der Hauptunterschied zwischen Kohlefaser und Metall besteht darin, dass Kohlefaser ein nichtmetallisches Material ist. Daher weist Kohlefaser eine geringe elektrochemische Aktivität auf und ist bemerkenswert korrosions- und alterungsbeständig, sodass sie für verschiedene Arbeitsumgebungen geeignet ist. Diese Eigenschaft verlängert die Lebensdauer von Kohlefaserprodukten.
3. Thermische Eigenschaften: Die Herstellung von Kohlefasern erfordert Hochtemperatur-Karbonisierungs- und Graphitierungsprozesse, die extrem hohe Temperaturen erfordern. Daher können Kohlefasern selbst sehr hohen Arbeitstemperaturen standhalten. Allerdings werden Kohlefasern typischerweise mit Harz kombiniert, um Kohlefaserverbundstoffe zu bilden, die im Allgemeinen eine Arbeitstemperatur von etwa 150 Grad haben. Derzeit können thermoplastische Kohlefasermaterialien sogar noch höhere Arbeitstemperaturen erreichen. Kohlefasermaterialien haben außerdem einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch sichergestellt wird, dass sie sich aufgrund von Änderungen der Arbeitstemperatur nicht verformen und somit Dimensionsstabilität gewährleistet ist.
