Was ist der Unterschied zwischen Kohlefaser und Kevlar®?
Jul 13, 2024
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WAS IST KOHLEFASER?
Kohlenstofffasern sind lange, dünne Stränge, die hauptsächlich aus Kohlenstoffatomen bestehen, die in mikroskopischen Kristallen miteinander verbunden sind.
Die Kristalle sind ausgerichtet, was sie unglaublich stark macht. Sie werden dann, ganz ähnlich wie bei der Baumwollherstellung, zu Garn zusammengedreht. Das Garn wird dann zusammengewebt, um Carbonfasergewebe herzustellen. Es gibt verschiedene Webarten für Carbonfasern:
Schmucklos:Auch bekannt als bidirektionales Standard-Über-/Untertuch, aufgrund der engen Webart sehr leicht zu handhaben.
Köper:Diagonales Muster aus Über-Über und Unter-Unter. Es ist das bekannteste Carbonfasermuster und bietet eine lockerere Form als ein einfaches Design, wodurch es sich besser für komplexere Formen eignet.
Satin:Satin hat eine ziegelähnliche Ähnlichkeit, die durch eine Anzahl von Überlappungen (normalerweise vier oder acht) und einer Unterlappung zustande kommt. Das Muster ist nicht ganz einfach zu verarbeiten und eignet sich am besten für komplexe Kurven.
Unidirektional:Wie der Name schon sagt, ist das gesamte Garn in eine Richtung gerichtet. Es gibt kein Gewebe und es wird oft mit einem Faden zusammengehalten, obwohl dies die Struktur der Kohlenstofffaser nicht verändert. Es eignet sich am besten für Formen, bei denen die Kraft nur auf eine Achse wirkt.
WIE WERDEN KOHLEFASER HERGESTELLT?
Jeder Hersteller von Kohlenstofffasern hat seine eigene Methode, das Material herzustellen, um ihm Festigkeit oder ästhetische Verkaufsargumente zu verleihen. In der Regel bestehen Kohlenstofffasern jedoch aus organischen Polymeren, also Molekülketten, die durch Kohlenstoffatome zusammengehalten werden.
Der PAN-Herstellungsprozess (Polyacrylnitril) macht etwa 90 % der gesamten Kohlenstofffaserherstellung aus und besteht aus fünf Schritten:
Polyacrylnitril wird mit anderen Stoffen vermischt und zu Fasern gesponnen, die dann gestreckt und gereinigt werden.
Anschließend werden Chemikalien zur Stabilisierung zugegeben.
Durch Wärmezufuhr helfen hohe Temperaturen bei der Bildung fest gebundener Kohlenstoffkristalle.
Zur Verbesserung der Bindeeigenschaften werden Fasern oxidiert.
Schließlich werden die Stränge beschichtet und zu Fäden unterschiedlicher Größe gewickelt. Bevor aus einer Kohlenstofffaser ein Verbundwerkstoff wird, wird ein Polymer hinzugefügt und Hitze, Druck oder Vakuum verbinden den Faden mit dem Polymer, um einen Verbundwerkstoff zu erzeugen.
Wie bei jedem Herstellungsverfahren erzeugen die verwendeten Materialien spezifische Eigenschaften und Effekte in der Kohlefaser und ermöglichen so Unterschiede in der Sortierung und Anwendung.
WELCHE VORTEILE BIETET KOHLEFASER?
Kohlefaser ist für ihr geringes Gewicht und ihre hohe Festigkeit bekannt und ist daher der ideale Verbundwerkstoff für die Schifffahrts-, Automobil- und Luftfahrtindustrie. Zu den wichtigsten Vorteilen zählen:
Hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
Hohe Hitzebeständigkeit
Hohe Chemikalien-/Korrosionsbeständigkeit (bei Verwendung des richtigen Harzes)
Äußerst flexibel und daher für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet
Hervorragende Ermüdungseigenschaften
Funktioniert mit einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien
Elektrische und thermische Leitfähigkeit
Besitzt einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten
WAS SIND DIE NACHTEILE VON KOHLEFASER?
Trotz zahlreicher Vorteile ist Kohlefaser ein relativ neuer Verbundwerkstoff, der jedoch auch einige Nachteile mit sich bringt:
Teuer im Vergleich zu anderen Verbundwerkstoffen
Arbeitsintensiver in der Herstellung
Derzeit nicht recycelbar; häufig werden Kohlefasern als Ersatz für Stahl oder Aluminium verwendet; beides sind recycelbare Materialien
Bricht/zersplittert, wenn es über seine Grenzen hinaus beansprucht wird
Bei Beschädigung muss es ersetzt und nicht wie eine Metallstruktur repariert werden.
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