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Kohlenstofffasern in Luft- und Raumfahrtanwendungen

Die Luft- und Raumfahrt ist eine Branche voller Veränderungen und Innovationen. Luft- und Raumfahrtingenieure haben daran gearbeitet, den Flug sicherer und nachhaltiger zu machen, was zur Verwendung von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen in Flugzeugen, Hubschraubern und sogar Space Shuttles geführt hat.

Kohlefaser ist ein Material aus Kohlenstoffatomen, die zu langen, dünnen Kristallen angeordnet sind. Die Anordnung dieser Kristalle macht Kohlefaser für ihre Dicke, die geringer ist als die eines menschlichen Haares, extrem stark. Kohlefaser in Kombination mit Epoxidharz ergibt ein starkes, leichtes Verbundmaterial, das in vielen Branchen weit verbreitet ist.

Vorteile von Kohlefaser in der Luft- und Raumfahrt

Kohlefaser ist ein einzigartiges Material, das mit Epoxid in fast jede Form gebracht werden kann, einschließlich Formen, die mit Metallen nicht erreicht werden können oder ohne mehrere Teile zusammenzuschweißen und Schwachstellen zu erzeugen. Aus diesem Grund ist Kohlefaser ein vielseitiges Material, das in der Luft- und Raumfahrt von Sitzen bis hin zu Rahmen verwendet werden kann. Aber warum Kohlefaserverbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt einsetzen? Hier sind einige der Vorteile von Kohlefaser für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt:

Leicht

Einer der vielleicht größten Vorteile von Kohlefaser für Luft- und Raumfahrtanwendungen ist ihr geringes Gewicht. Das Gewicht in der Luft- und Raumfahrt ist wichtig, da es eine große Rolle beim Kraftstoffverbrauch spielt. Je leichter ein Flugzeug, ein Hubschrauber oder ein Space Shuttle ist, desto weniger Treibstoff wird benötigt, um es in die Luft zu bringen. Darüber hinaus können leichtere Flugzeuge mit weniger Kraftstoff weiter reisen, was weniger oder keine Tankstopps bedeutet. Der Kraftstoffverbrauch ist ein äußerst wichtiger Kostenfaktor sowie Umweltbewusstsein.

Haltbar

Das Festigkeits-Gewichts-Verhältnis von Kohlefaser ist erstaunlich. Es hat eine hohe Zugfestigkeit, was bedeutet, dass es unter Zug unglaublich bruchfest ist. In der Luft- und Raumfahrt können Kohlefaserkomponenten dazu beitragen, die Überlebensfähigkeit von Unfällen zu verbessern.

Metallhybridverbindungen

Ein Nachteil von Kohlefaser in der Luft- und Raumfahrt besteht darin, dass sie nicht leitfähig ist; das heißt, es leitet keinen Strom. Flugzeuge sind häufig Blitzeinschlägen ausgesetzt, daher müssen ihre Außenhüllen in der Lage sein, Elektrizität zu leiten, um Elektrizität von Blitzeinschlägen abzuleiten und alle Personen innerhalb des Plans zu schützen. Derzeit können Kohlefasern mit leitfähigen Metalldrähten, -folien und -geweben eingebettet werden, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Es werden jedoch neue Anwendungen mit Hybridverbundwerkstoffen entwickelt, um Kohlefasern leitfähig zu machen, ohne andere Vorteile zu beeinträchtigen.

Korrosionsbeständig

Wenn bestimmte Metalle in Kontakt kommen, können sie sich gegenseitig korrodieren. Kohlefaser verursacht bei Kontakt mit Metallen oder sich selbst keine Korrosion. Dies bedeutet, dass die Verwendung von Kohlefaser in der Luft- und Raumfahrt die Langlebigkeit von Metallteilen verbessern kann.

Chemikalienbeständig

Kohlefaser ist auch gegenüber Chemikalien relativ beständig. Es wird nicht geschwächt, korrodiert oder zerfällt wie andere Materialien, wenn es starken Chemikalien ausgesetzt wird.

Temperaturbeständig

Die meisten Metalle dehnen sich je nach Umgebungstemperatur aus und ziehen sich zusammen. In der Luft- und Raumfahrt unterliegen Metallteile bei Start und Landung innerhalb weniger Minuten extrem drastischen Temperaturänderungen. Verbundwerkstoffe wie Kohlefaser dehnen sich bei schnellen Temperaturänderungen nicht so stark aus und ziehen sich zusammen, was sie haltbarer macht als Metalle.

Kohlenstofffaserteile in der Luft- und Raumfahrt

Rund 40 % der modernen Flugzeuge bestehen heute aus unterschiedlichen Verbundwerkstoffen. Aber wo verwenden wir Kohlefaserverbundwerkstoffe in Flugzeugen?

Kohlefaser wird fast überall in Flugzeugen verwendet, vor allem in Flugzeugen. Das Passagierflugzeug Boeing 787 Dreamliner zum Beispiel besteht zu 50 Gewichtsprozent aus Verbundmaterial, wobei der größte Teil des Verbundmaterials aus Kohlefaserlaminat oder Kohlefasersandwich besteht. Kohlefasermaterialien bilden den Rumpf oder den Hauptkörper des Flugzeugs sowie Teile der Tragflächen und des Leitwerks. Boeing weist darauf hin, dass die Verwendung von Kohlenstoff und anderen Verbundwerkstoffen neben der Kraftstoffeffizienz auch einen geringeren Wartungsaufwand ermöglicht, da sie nicht korrodieren oder ermüden wie Metalle. Weniger Wartung bedeutet mehr Flugzeit und macht Kohlefaserflugzeuge rentabler.

Kohlefaser wird auch verwendet, um Metallteile in Hubschraubern zu ersetzen, wie zum Beispiel die Rotorblätter und das Heck. Es wird auch für Instrumentengehäuse, Türen und Innenkomponenten wie Sitze verwendet. Während die Verwendung von Kohlefaser auf kleinere Weise möglicherweise keinen großen Unterschied macht, kann sich der Gewichtsunterschied summieren, wenn schwerere Materialien entfernt werden. Aufgrund der Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit von Kohlefaser verlängert die Verwendung für Instrumentengehäuse außerdem die Verwendung dieser Instrumente und schützt sie vor Beschädigungen.

Kohlefasergusslösungen von PCMI

Ein Hindernis für Kohlefaser sind oft ihre Kosten. PCMI Manufacturing bietet jedoch ein einzigartiges Kohlefaser-Gießverfahren, bei dem kostengünstigeres Material und schnellere Taktraten verwendet werden. Im Durchschnitt führt unser Verfahren zu einer Kosteneinsparung von 20-30% gegenüber herkömmlichen Produktionsmethoden.

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