Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK)

CFK

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) werden seit langem in Hochleistungs-Rennwagen verwendet. Die Kosten sowie die Herstellungszeit der Komponenten haben CFK jedoch für Verbraucheranwendungen unerschwinglich gemacht. Aber das ändert sich.

Stark und leicht

Teile aus kohlenstoffverstärkten Kunststoffen können zwölfmal mehr Energie aufnehmen als Stahl, was die Sicherheit erhöht. CFK ist 50-mal leichter als Stahl und 30-mal leichter als Aluminium, was ein daraus gebautes Auto deutlich sparsamer macht. Dadurch werden die Treibhausgasemissionen gesenkt. BMW setzt bei seinen i8- und i3-Fahrzeugen auf die „Fahrgastzelle“, die die Lücke zwischen Formel-1-Rennwagen und High-End-Verbraucherfahrzeugen schließt.

50 Meilen pro Gallone bis 2025

Die von der National Highway and Traffic Safety Administration und der U.S. Environmental Protection Agency festgelegten Standards verlangen, dass Autos bis 2025 mehr als 80 Meilen pro Gallone erreichen müssen.

Schnelle Zykluszeiten

Schnelle Zykluszeiten und vorhersehbare Festigkeit sind notwendig, um ein CFK für ein Automobilbauteil geeignet zu machen. Zu diesen Teilen gehören nicht nur Teile wie Verkleidungen, Stoßfängerschutz und Armaturenbrett, sondern auch Teile unter der Motorhaube. Und heute kann ein Dashboard genauso schnell hergestellt werden wie ein Milchkännchen.

Harzgefüllte gehackte Glasfaser

Seit den 1950er Jahren verwendet die Automobilindustrie mit Harz gefüllte geschnittene Glasfasern zur Verstärkung von Autoteilen aus Kunststoff. Derzeit ist es mit Glasfaser und CAD-Software möglich, glasgefüllte Unterbodenölwannen zu bauen, die den hohen Anforderungen eines SUV-Trucks entsprechen. Und das mit der Geschwindigkeit, die es braucht, um wirtschaftliche Anforderungen zu erfüllen. Aber es gibt eine neue Revolution bei fasergefüllten Harzen. Dies ist Kohlefaser, die mit spritzgussfähigen Kunststoffen gefüllt ist. Dies ist viel stärker als glasgefülltes Harz und wiegt viel weniger.

Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff

• CFK ist leitfähig. Dies kann ein Plus oder Minus sein. Beispielsweise erfordert die Versorgungsindustrie, dass viele Produkte aus Glasfasern hergestellt werden, da Glas ein Isolator ist. Leitern bestehen aus Glasfaser.
• CFK wiegt weniger als Glasfaser.
• Und obwohl CFK weniger wiegt, ist es fester und steifer als Glasfaser-Verbundwerkstoffe. Im Vergleich zu Metallen wiegt ein CFK-Teil mit der gleichen Festigkeit wie Stahl 1/5 des Metalls. Und ein Aluminiumteil wiegt das 1,5-fache eines vergleichbaren CFK-Teils bei gleicher Festigkeit.
• Kosten:CFK ist derzeit sehr teuer.

Verwendungen für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe

• Automotive:Im Jahr 2019 führte GM eine starke Ladefläche aus Kohlefaser für seinen Pickup Sierra Denali ein. Auch Teile unter der Haube sind aus CFK.
• Sportartikel:Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner Festigkeit wird es zur Herstellung von Golfschäften, Skiern, Snowboards, Schlägern, Angelruten, Hockeyschlägern, Schlägern, Helmen und Fahrrädern sowie für zahlreiche andere Anwendungen in Sportartikeln verwendet.
• Windturbinenblätter:Die Stärke und Steifigkeit von CFK ermöglicht schlankere Windturbinenblätter, die länger, leichter und stärker sind. Die resultierenden Blätter sind aerodynamisch effizienter. So sorgen Klingen aus CFK für geringere Energiekosten.
• Luft- und Raumfahrt:Der Airbus A350 XWB besteht zu 52 % aus CFK einschließlich Flügelholmen und Rumpfkomponenten, während der Boeing 787 Dreamliner ein Gewichtsverhältnis von 50 % CFK aufweist. Der Airbus A380 verfügt über eine zentrale Flügelbox aus CFK, die ihm einen fließend konturierten Flügelquerschnitt ermöglicht. Dieser kontinuierlich fließende Querschnitt ermöglicht eine verbesserte aerodynamische Effizienz. Spaceship One wurde sogar mit CFK-Komponenten gebaut.
• Medizinisch:CFK ist strahlendurchlässig, d. h. es ist röntgentransparent und wird auf Röntgenbildern schwarz dargestellt. Es wird in bildgebenden Strukturen verwendet, um Gliedmaßen zu unterstützen.
• Militär:Das Militär verwendet CFK für Plattformen und Strukturen für Raketen- und Trägersysteme. Es wird verwendet, um Komponenten für Militärtransporter und militärische Infrastruktur wie ein Feldlazarett herzustellen. Dieses Material wird auch in Schutzhelmen und anderer persönlicher Ausrüstung verwendet, um das Gewicht zu reduzieren, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Sogar Flugzeuge und Raketen haben CFK-Bauteile in ihrer Konstruktion.