Wie stark ist Kohlefasergewebe?

I. Grundzusammensetzung und Festigkeitsbasis von Kohlefasern
Kohlefaser ist eine Spezialfaser, die aus Kohlenstoffelementen besteht. Es besteht aus künstlichen Chemiefasern mit hohem Kohlenstoffgehalt, die bei der Wärmebehandlung nicht schmelzen, und wird durch Prozesse wie hitzestabile Oxidationsbehandlung, Karbonisierungsbehandlung und Graphitierung hergestellt. Seine grundlegende Mikrostruktur verleiht ihm hervorragende Festigkeitseigenschaften.

Kohlefasergewebe wird normalerweise aus mehreren Bündeln von Kohlefasern gewebt. Jedes Kohlefaser-Monofilament weist ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf. Der Durchmesser eines einzelnen Kohlefaserfilaments ist extrem klein, wodurch die Kohlenstoffatome im Inneren die Spannung effizient übertragen können, wenn es einer Spannung ausgesetzt ist, sodass es großen Spannungen standhalten kann, ohne zu brechen. Relevanten Untersuchungen zufolge kann die Zugfestigkeit von Kohlenstofffasern 3000-7000MPa erreichen, was viel höher ist als bei vielen herkömmlichen Baumaterialien und Metallmaterialien wie Stahl, deren Zugfestigkeit normalerweise zwischen 200-2000MPa liegt.

II. Faktoren, die die Festigkeit von Kohlefasergewebe beeinflussen

(I) Herstellungsprozess
1. Rohstoffqualität
- Die zur Herstellung von Carbonfasern verwendeten Rohstoffe haben einen wichtigen Einfluss auf die Festigkeit des Endgewebes. Wenn der Ausgangsrohstoff für Chemiefasern nicht rein genug ist und mehr Verunreinigungen enthält, kann es im nachfolgenden Karbonisierungs- und Graphitisierungsprozess zu Fehlern kommen. Beispielsweise können Verunreinigungen die Kristallstruktur innerhalb der Kohlefaser zerstören, was zu einer ungleichmäßigen Spannungsübertragung führt und dadurch die Gesamtfestigkeit des Gewebes verringert.
2. Webmethode
- Durch unterschiedliche Webmethoden weisen Kohlefasergewebe unterschiedliche Festigkeitseigenschaften auf. Leinwandbindung, Köperbindung und Satinbindung sind gängige Webmethoden für Kohlefasergewebe. Leinwandbindung hat eine dichte Struktur, eine gute Stoffstabilität und eine relativ gleichmäßige Festigkeitsverteilung in alle Richtungen; Köperbindung ist relativ weicher und kann einer gewissen Scherkraft standhalten, aber die Festigkeit in einigen Richtungen kann etwas geringer sein als bei Leinwandbindung; Satingewebe hat eine bessere Oberflächenglätte und eignet sich für einige Anwendungen, bei denen es auf Aussehen und Fließdynamik ankommt, seine Festigkeit kann jedoch unter komplexen Belastungsbedingungen beeinträchtigt werden.

(II) Umweltfaktoren
1. Temperatur
- In Umgebungen mit hohen Temperaturen kann sich die Festigkeit von Kohlefasergeweben ändern. Im Allgemeinen kann die Festigkeit von Kohlefasern innerhalb eines bestimmten Hochtemperaturbereichs relativ stabil bleiben. Wenn die Temperatur jedoch ihren kritischen Wert überschreitet, kann sich die Kristallstruktur im Inneren der Kohlenstofffaser ändern, indem beispielsweise die geordnete Anordnung der Kristalle gestört wird, was zu einer Verringerung der Festigkeit der Faser führt. Im Gegenteil: In einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen kann sich die Festigkeit des Kohlefasergewebes erhöhen, es kann jedoch auch spröder werden und bei Stößen leichter brechen.
2. Luftfeuchtigkeit
- Feuchtigkeit beeinflusst auch die Festigkeit von Kohlefasergewebe. Wenn sich das Kohlefasergewebe längere Zeit in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit befindet, können Wassermoleküle in die Faser oder den Spalt zwischen den Fasern eindringen. Dies kann zu Korrosion der Faser führen oder die Bindungskraft zwischen den Fasern schwächen, wodurch die Festigkeit des Stoffes verringert wird.

III. Festigkeit von Kohlefasergewebe in verschiedenen Bereichen

(I) Luft- und Raumfahrtbereich
1. Flugzeugstrukturteile
- Im Flugzeugbau werden Kohlefasergewebe häufig zur Herstellung von Strukturteilen wie Flügeln und Rümpfen verwendet. Da das Flugzeug enorme aerodynamische Belastungen, sein Eigengewicht und verschiedene komplexe Belastungen durch Änderungen der Flughaltung während des Fluges tragen muss, kommen die hohen Festigkeitseigenschaften von Kohlefasergeweben voll zum Tragen. Beispielsweise werden in der Boeing 787 große Mengen an Kohlefaser-Verbundwerkstoffen verwendet. Durch die Verwendung von Kohlefasergewebe in der Flügelstruktur kann es verschiedenen extremen Belastungen im Flug standhalten und gleichzeitig das Gewicht reduzieren, was den sicheren Flug des Flugzeugs gewährleistet.
2. Satellitenkomponenten
- Satelliten sind rauen Umgebungen im Weltraum ausgesetzt, wie drastischen Temperaturschwankungen und Einschlägen von Mikrometeoriten. Kohlefasergewebe wird zur Herstellung des Strukturrahmens und einiger Schlüsselkomponenten von Satelliten verwendet. Seine hohe Festigkeit kann den Schäden durch diese äußeren Kräfte widerstehen. Und aufgrund der geringen Dichte von Kohlefasern trägt es dazu bei, das Gewicht von Satelliten zu reduzieren und die Startkosten zu senken.

(II) Automobilindustrie
1. Karosserierahmen
- In Hochleistungsautos und einigen Fahrzeugen mit neuer Energie wird Kohlefasergewebe zur Herstellung von Karosserierahmen verwendet. Im Vergleich zu herkömmlichen Stahlkarosserien weisen Karosserierahmen aus Kohlefaser ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf. Wenn ein Auto kollidiert, kann der Karosserierahmen aus Kohlefaser Energie effektiv absorbieren und verteilen, um die Sicherheit der Passagiere im Auto zu gewährleisten. Gleichzeitig trägt das geringere Karosseriegewicht auch dazu bei, die Beschleunigungsleistung, das Handling und den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern.
2. Teilefertigung
- Kohlefasergewebe wird auch zur Herstellung einiger wichtiger Teile von Automobilen verwendet, beispielsweise Antriebswellen und Motorhauben. Die Antriebswelle muss bei hoher Drehzahl ein enormes Drehmoment übertragen. Die Antriebswelle aus Kohlefasergewebe kann die Festigkeitsanforderungen erfüllen, das Gewicht reduzieren und die Rotationsträgheit reduzieren. Die Motorhaube besteht aus Kohlefasergewebe, das nicht nur stark genug ist, sondern auch eine Rolle bei der Wärmeisolierung spielen kann, während es gleichzeitig das Gewicht der Fahrzeugfront reduziert und das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert.

(III) Sportartikelbereich
1. Fahrradrahmen
- Im High-End-Fahrradbau sind Carbonfaserrahmen für viele Radsportbegeisterte die erste Wahl. Der Rahmen aus Kohlefasergewebe hält verschiedenen Belastungen während der Fahrt stand, darunter dem Gewicht des Fahrers, Stößen durch Straßenunebenheiten usw. Darüber hinaus kann der Kohlefaserrahmen entsprechend den unterschiedlichen Fahranforderungen sowie seiner Festigkeit und Steifigkeit gestaltet werden Die Verteilung kann angepasst werden, um die beste Fahrleistung zu erzielen.
2. Golfschläger
- Der Schaft des Golfschlägers besteht aus Kohlefasergewebe, das den Schaft leichter und flexibler machen und gleichzeitig Festigkeit gewährleisten kann. Wenn der Spieler schwingt, muss der Schaft enormen Biege- und Torsionskräften standhalten. Der Kohlefaserschläger kann die Kraft des Spielers effektiv auf den Ball übertragen und gleichzeitig die Stabilität des Schafts aufrechterhalten, wodurch die Genauigkeit und Distanz des Schlags verbessert wird.

Kohlefasergewebe haben eine sehr hohe Festigkeit und ihre Festigkeit wird von vielen Faktoren beeinflusst. In vielen Bereichen wurden die hohen Festigkeitseigenschaften von Kohlefasergeweben voll ausgenutzt, und mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Fertigungstechnologie werden Festigkeit und Leistung von Kohlefasergeweben immer weiter verbessert, und es wird erwartet, dass sie in weiteren Bereichen eine wichtige Rolle spielen werden .