Was ist Kohlefaser und ihre Anwendungen?

Möglicherweise haben Sie von Kohlefaser gehört oder Sie verwenden sie bereits. In der heutigen Welt ist es kein sehr teures Material mehr, von der Industrie bis zu unserem Leben sind Kohlefaserprodukte überall zu sehen. Aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften werden Kohlefasern in einem immer größeren Anwendungsspektrum eingesetzt. Heute lädt Sinofibre Sie ein, die faszinierende Welt der Kohlefaser zu erkunden.

Was ist Kohlefaser?

Kohlenstofffasern werden aus Vorprodukten wie Polyacrylnitril (PAN) und Viskose hergestellt. Diese Vorläuferfasern werden einer chemischen Behandlung, Erhitzung und Streckung unterzogen, gefolgt von einer Karbonisierung, um hochfeste Fasern zu erzeugen. Mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90 % bietet Kohlefaser außergewöhnliche Leistungsvorteile, darunter hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Produktionsprozess für Kohlefaser

Die Herstellung von Kohlenstofffasern umfasst typischerweise mehrere Schlüsselschritte:

Spinnen: Umwandlung von Vorläufermaterialien (wie Polyacrylnitril – PAN) in Fasern.

Stabilisierung: Erhitzen der Fasern zur Stabilisierung der Molekülstruktur.

Karbonisierung: Die stabilisierten Fasern werden hohen Temperaturen (über 1000 °C) in einer inerten Atmosphäre ausgesetzt, um Nicht-Kohlenstoffelemente zu entfernen.

Oberflächenbehandlung: Verbesserung der Bindungseigenschaften der Fasern.

Schlichten: Aufbringen einer Schutzschicht auf die Fasern, um die Handhabung und Verarbeitung zu verbessern.

Weben: Weben der Kohlenstofffasern in verschiedenen Mustern (z. B. Leinwandbindung, Köperbindung, Satinbindung oder unidirektionale Bindung), um Kohlenstofffasergewebe herzustellen. Dieser Schritt ist sehr wichtig für Anwendungen, die bestimmte Richtungsfestigkeitseigenschaften erfordern.

Prepreg: Imprägnieren des Kohlefasergewebes mit Harz zur Herstellung von Prepreg-Materialien. Prepregs sind gebrauchsfertige Verbundwerkstoffe, die eine gleichmäßige Harzverteilung und eine optimale Faserbenetzung gewährleisten.

Formen von Kohlefaserprodukten

Aufgrund ihrer guten Flexibilität können Kohlenstofffasern mit unterschiedlichen Techniken in verschiedene Formen gebracht werden, darunter typischerweise:

Kohlefaserplatten: Kompressions- oder Autoklaventechnik

Kohlefaserrohre: Rollformtechnik

Kohlefaserstäbe: Pultrusionstechnik

Kohlefaserteile: Schneiden mit CNC-Fräser oder Kompressionstechnik

Für detaillierte Informationen zu diesen Techniken klicken Sie oben auf den entsprechenden Link.

Eigenschaften

Kohlefaserprodukte haben viele Eigenschaften, die Leute mögen sie wegen ihrer Haupteigenschaften:

Hohe Festigkeit: Kohlefaser ist fünfmal stärker als Stahl und doppelt so steif und dennoch deutlich leichter. Dies macht es ideal für Anwendungen, bei denen Gewichtsreduzierung bei hoher Festigkeit erforderlich ist

Leichtgewicht: Die Dichte der Kohlefaserprodukte von Sinofibre beträgt 1,6–1,8 g/cm³ und ist damit viel leichter als Metalle wie Aluminium (2,7 g/cm³), Kupfer (8,9 g/cm³) und Stahl (7,8 g/cm³). Seine Gewichtsreduzierung führt zu Kraftstoffeinsparungen und verbesserter Leistung.

Superhohe Zugfestigkeit: Kohlefaser weist typischerweise Zugfestigkeiten im Bereich von 3.500 bis 6.000 MPa auf (basierend auf der Sorte T300 – T800), sie ist viel höher als Aluminium (400–550 MPa), Kupfer (210 MPa) und Stahl (500-1.200 MPa).

Hohe Steifigkeit: Der Elastizitätsmodul von Kohlefaser liegt bei etwa 240 GPa und ist damit höher als der von Aluminium (69 GPa), Kupfer (110–128 GPa) und vergleichbar mit dem von Stahl (200 GPa), was ihn außergewöhnlich steif und widerstandsfähig macht zur Verformung.

Wärmebeständigkeit: Kohlefaser kann Temperaturen über 1.000 °C standhalten, ohne an Festigkeit zu verlieren, im Gegensatz zu Metallen, die bei hohen Temperaturen schwächer werden oder schmelzen können.

Chemische Beständigkeit: Es ist beständig gegen Korrosion und chemische Angriffe, im Gegensatz zu Metallen, die korrodieren können, wenn sie Feuchtigkeit und Chemikalien ausgesetzt werden.

Ermüdungsbeständigkeit: Kohlefaser weist eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit auf und behält ihre mechanischen Eigenschaften unter zyklischen Belastungsbedingungen besser bei als viele Metalle.

Geringe Wärmeausdehnung: Es hat einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was bedeutet, dass es sich bei Temperaturänderungen nicht wesentlich ausdehnt oder zusammenzieht und so Dimensionsstabilität gewährleistet.

丨Vergleich mit anderen Materialien

Eigentum	Kohlefaser	Stahl	Aluminium	Kupfer	Titan
Dichte (g/cm³)	1.6	7.8	2.7	8.9	4.5
Zugfestigkeit (MPa)	3,500 – 6,000	500 – 1,200	400 – 550	210	900 – 1,200
Elastizitätsmodul (GPa)	240	200	69	110-128	110
Wärmeleitfähigkeit (W/mK)	5-10	50	235	400	22
Korrosionsbeständigkeit	Exzellent	Arm	Gut	Arm	Exzellent
Ermüdungsbeständigkeit	Exzellent	Gut	Gut	Gerecht	Exzellent

Anwendungen von Kohlefaserprodukten

Wie eingangs erwähnt, ist der Preis von Kohlefaser viel niedriger als zuvor, weshalb sie in immer mehr Anwendungen eingesetzt wird:

UAV / Drohne

Die meisten UAVs oder Drohnen bestehen aus Kohlefaserplatten und -rohren, da sie leicht und hochfest sind und die Flugleistung und -effizienz verbessern, um eine längere Batterielebensdauer zu erreichen.

Sportartikel

Aufgrund des geringen Gewichts und der Langlebigkeit kann die Leistung der Werkzeuge verbessert werden, weshalb immer mehr Werkzeuge aus Kohlefaser hergestellt werden, wie z. B. Fahrräder, Tennisschläger, Golfschläger, Angelruten und Paddel usw.

Automobil

Darüber hinaus trägt es aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Festigkeit zu einer besseren Kraftstoffeffizienz und Leistung bei.

Luft- und Raumfahrtindustrie

In der Luft- und Raumfahrt sind Kohlefasern von entscheidender Bedeutung für die Gewichtsreduzierung von Luft- und Raumfahrzeugen und führen zu einer verbesserten Treibstoffeffizienz und Leistung. Komponenten wie Rümpfe, Flügel und Satellitenstrukturen profitieren von seinen leichten und hochfesten Eigenschaften. Allerdings ist die Qualität viel höher als die der Standard-Carbonfaser. Wenn Sie mehr über die Qualität von Kohlefaser erfahren möchten, lesen Sie bitte meinen Beitrag<What is T300, T700 and T800 Carbon Fiber>

Medizinischer Bereich

Im medizinischen Bereich werden Kohlefasern aufgrund ihrer Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Strahlendurchlässigkeit (Transparenz für Röntgenstrahlen) in Prothesen, orthopädischen Geräten und medizinischen Bildgebungsgeräten verwendet.

Windenergie

Windturbinenblätter aus Kohlefaser sind effizienter und langlebiger als herkömmliche Rotorblätter wie Glasfaser, was zu einer besseren Energiegewinnung und geringeren Wartungskosten führt.

Zukunft der Kohlefaser

Da technologische Durchbrüche die Herstellungs- und Rohstoffkosten senken, wird Kohlefaser immer zugänglicher und erschwinglicher. Immer mehr Materialien werden auf hochfeste Kohlefaserprodukte umgestellt, was ihre Einsatzmöglichkeiten und Zugänglichkeit erweitert.

Abschluss

Kohlefaser ist ein bemerkenswertes und neues Material mit einzigartigen Eigenschaften und einem breiten Anwendungsspektrum. Es erfreut sich immer größerer Beliebtheit, vor allem aufgrund seiner leichten, flexiblen und überragenden Zugfestigkeit, die Energie sparen und die Eigenschaften verbessern kann. Mit fortschreitender Technologie wird Kohlefaser in Zukunft zweifellos ein weit verbreitetes Material sein.