Wie haltbar ist Kohlefaser?

Kohlefaser ist stärker als Stahl, leichter als Glasfaser und steifer als Aluminium. Aber ist es haltbar? Viele Faktoren tragen zur Haltbarkeit eines Materials bei. Hier ist ein Blick darauf, wie gut Kohlefaser im Laufe der Zeit der Abnutzung standhält.

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In diesem Artikel:

1. Kann Kohlefaser rosten?
2. Kann Kohlefaser brechen?
3. Beeinflussen die Wetterbedingungen die Haltbarkeit von Kohlefaser?
4. Kann Kohlefaser Hitze widerstehen?
5. Ist Kohlefaser kugelsicher?

Kann Kohlefaser rosten?

Kohlefaser ist chemisch stabil, korrosionsbeständig und rostet nicht. Deshalb funktioniert es gut in rauen Umgebungen. Aber starke Oxidationsmittel wie Wasserstoffperoxid oder Schwefelsäure können es beeinträchtigen.

Ebenso ist Epoxidharz inert und rostet oder korrodiert nicht. Es ist jedoch empfindlich gegenüber Sonnenlicht. Decken Sie Kohlefaserverbundwerkstoffe mit einer UV-beständigen Oberfläche ab, um langfristige Schäden durch Sonnenlicht zu vermeiden.

Es ist erwähnenswert, dass Kohlefaserverbundwerkstoffe bei Kontakt mit einigen Metallen galvanische Korrosion verursachen können. Während es kurzfristig nicht zu offensichtlicher Oberflächenkorrosion führt, addieren sich Korrosionsprodukte und führen mit der Zeit zu Schäden. Glücklicherweise erfordert dies bestimmte Bedingungen und einige Beschichtungen bieten Schutz.

Kann Kohlefaser brechen?

Die kurze Antwort ist ja. Jedes Material kann versagen, aber es ist etwas komplizierter. Viele Faktoren wie Produktionsprozess, Design und Verwendung beeinflussen die Haltbarkeit.

Zum Beispiel können sich Lücken bilden, und es ist wahrscheinlicher, dass es reißt, wenn der Hersteller Harz ungleichmäßig aufträgt oder nicht genug verwendet. Mit der Zeit können sich diese kleinen Risse ausbreiten, bis sie brechen. Selbst geringfügige Stöße können schließlich zum Ausfall führen.

Auch die Orientierung der Fasern und der Faserlagen hat einen wesentlichen Einfluss auf die Ermüdungsbeständigkeit. Ebenso wie die Art der Kraft, die Sie anwenden. Druck-, Scher- und Zugkräfte verursachen verschiedene Arten von Versagen.

Die gewebte Faser in einem 0°-Layup hat eine geringere Torsionsfestigkeit als beispielsweise bei 45°. Es kann also brechen, wenn du es verdrehst.

Die Quintessenz ist, dass es nicht so leicht bricht, wenn Sie für ein bestimmtes Teil unter der Belastungsschwelle bleiben.

Beachten Sie auch, dass es schwierig ist, Anzeichen von Schäden zu erkennen, die auf einen bevorstehenden Ausfall hinweisen. Und im Gegensatz zu anderen Materialien, die sich verbiegen oder knicken, kann Kohlefaser, wenn sie versagt, spektakulär versagen und zerbrechen.

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Beeinflussen die Wetterbedingungen die Haltbarkeit von Carbonfasern?

Kohlefaser hat eine geringe Wärmeausdehnung. Form, Fläche, Volumen oder Dichte ändern sich also nicht wesentlich als Reaktion auf Temperaturänderungen. Das bedeutet nicht, dass es auf Dauer immun gegen Witterungseinflüsse ist. Studien haben ergeben, dass Kombinationen von Wetterbedingungen in verschiedenen Umgebungen unterschiedliche Auswirkungen auf Kohlefasern haben können.

Einfrier-Auftau-Zyklen

Die Civil Engineering Research Foundation identifizierte Frost-Tau-Zyklen als eine mögliche Bedrohung für die Haltbarkeit von Kohlefasern. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass durch Frost-Tau-Bedingungen kohlenstofffaserverstärkter Beton in Salzwasser stärker zersetzt wird.

Es ist nicht unbedingt die Kohlefaser, die ihre Integrität verliert, sondern es bilden sich Mikrorisse in der Matrix und die Faser/Matrix-Ablösung. Und die Auswirkungen sind zum Teil darauf zurückzuführen, dass der Strukturkleber nicht so fortschrittlich ist wie andere Kohlefaseranwendungen.

Schließlich fand eine weitere Studie trotz dieser Effekte heraus, dass kohlenstofffaserverstärkter Beton haltbarer ist als Standardbeton.

Hygrothermische Alterung

Die hygrothermische Alterung kann sich bei einigen Anwendungen auf die Haltbarkeit von Kohlefasern auswirken, bei anderen jedoch nicht.

Was ist hygrothermische Alterung? Hygrothermische Alterung bezieht sich auf eine Kombination von Wärme und Feuchtigkeit und deren Auswirkungen auf eine Struktur.

Längere Einwirkung von Hitze und Feuchtigkeit kann die Biegefestigkeit von Kohlefasern nur geringfügig beeinträchtigen. Unter Dauerbelastung und in Gegenwart von Salzwasser nimmt die Zugfestigkeit jedoch zwischen 7 % und 12 % ab.

Nass-Trocken-Zyklen

Eine Studie zeigt, dass Nass-Trocken-Zyklen einen erheblichen negativen Einfluss auf die Zugfestigkeit haben können. Nach 4000 Nass-Trocken-Zyklen steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit deutlich an.

Im Gegensatz dazu hat es einen begrenzten Einfluss auf die Verformung von Kohlefasern.

UV-Exposition und Kondensation

UV-Strahlung und Kondensation wirken synergistisch, was zu einer Erosion der Epoxidmatrix führt, die Kohlefaser jedoch nicht angreift. Die Epoxiderosion kann letztendlich die Zugfestigkeit um bis zu 29 % verringern und zu einer geringeren Haltbarkeit führen.

Wie bereits erwähnt, trägt eine UV-beständige Oberfläche zum Schutz von Kohlefaserverbundstoffen bei.

Insgesamt wirken sich die Wetterbedingungen auf die Kohlefaser aus. Die Auswirkungen hängen jedoch davon ab, wie Sie es verwenden. So haben beispielsweise die Wetterbedingungen einen stärkeren Einfluss auf Gebäude mit Carbonfasern als auf einen Carbon-Fahrradrahmen.

Kann Kohlefaser Hitze widerstehen?

Kohlefasern können Hitze standhalten. Kohlefaser wird jedoch meistens in einer Matrix wie Beton, Kunststoff oder Epoxid verwendet, was ihre Hitzebeständigkeit einschränken kann. Mit anderen Worten, die Matrix spielt eine wichtigere Rolle dabei, ob ein Kohlefaserteil der Hitze standhält als die Faser allein.

Einige Epoxide können beispielsweise Temperaturen von bis zu 100 ° C (212 ° C) standhalten, während kohlenstofffaserverstärkte Kohlenstoffmatrix-Verbundwerkstoffe Temperaturen über 2000 ° C (3632 ° C) vertragen.

Ist Kohlefaser kugelsicher?

Theoretisch könnte Kohlefaser eine Kugel aufhalten, aber Kevlar® oder andere Aramidfasern haben mehr Flexibilität und Schlagfestigkeit. Außerdem ist Kevlar® eine kostengünstigere Option für kugelsichere Panzerung.

Kohlefaser bietet einen hohen Schutz gegen einige Gegenstände. Sie werden oft sehen, dass Rennfahrer es zum Schutz verwenden, da es die Krafteinwirkung verteilt. Aber wenn es um Kugeln geht, brauchen Sie viele Schichten, um sie zu stoppen.

Sehen Sie sich dieses Video an, um zu sehen, wie sich Kohlefaserverbundwerkstoffe gegen Kugeln behaupten.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen können jedoch Kugeln widerstehen. Nanoröhren bestehen aus Kohlenstoffatomen, die in sich wiederholenden hexagonalen Mustern verbunden sind, um einen Hohlzylinder zu bilden. Diese Nanoröhren können die Energie ballistischer Raketen besser absorbieren als Kohlefasern und in einigen Fällen sogar Kevlar®.

In seiner einfachsten Form ist Kohlefaser Kohlegraphit, der praktisch ewig hält. Das Material ist typischerweise nicht photoabbaubar oder biologisch abbaubar. Einige Faktoren beeinflussen jedoch seine Haltbarkeit, wie zum Beispiel seine Matrix. Darüber hinaus könnten die intensive Verwendung von Verbundwerkstoffen und Umweltfaktoren die Haltbarkeit und potenzielle Anwendungen beeinträchtigen. Im Allgemeinen gehen Wissenschaftler davon aus, dass Kohlefaserteile über 50 Jahre halten.

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