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Klassifizierung von Kohlenstofffasern: Basierend auf Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul

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Klassifizierung von Kohlenstofffasern: Basierend auf Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul

15.11.2024

Der Elastizitätsmodul bezieht sich auf die Elastizität des Materials beim Dehnen. Sein Wert stellt das Verhältnis der zum Dehnen einer Materiallängeneinheit erforderlichen Kraft zu seiner Querschnittsfläche dar (ausgedrückt in M-Werten). Je höher der Zugmodul, desto stärker ist der Dehnungswiderstand des Materials. Dies bedeutet, dass sich die Form des Materials unter äußerer Krafteinwirkung weniger wahrscheinlich ändert und es größeren Zugkräften standhält und somit bessere Zugeigenschaften aufweist.

Die Zugfestigkeit bezeichnet die maximale Zugspannung, die eine Probe in einem Zugversuch aushalten kann, normalerweise ausgedrückt in MPa (T-Wert), bis die Probe bricht. Die nationale Weiterentwicklung der Kohlefasertechnologie konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung und technische Anwendung von Verfahren zur Herstellung von Kohlefasern mit höherer Festigkeit (z. B. Güteklasse T1100) und höherem Modul (z. B. Güteklasse M55).

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Klassifizierung von Kohlenstofffasern: Große Fasern sind kostengünstiger, kleine Fasern bieten eine bessere Leistung

Kohlenstofffasern können anhand der Anzahl der Fasern in Small Tow und Large Tow eingeteilt werden. Small Tow-Kohlenstofffasern weisen hohe mechanische Eigenschaften und andere Indikatoren auf, ihr Herstellungsprozess ist jedoch schwierig und kostspielig. Sie werden hauptsächlich in Hightech-Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt und der Rüstungsindustrie sowie in hochwertigen Produkten im Sportartikelbereich wie Flugzeugen, Raketen, Satelliten, Angelruten, Golfschlägern und Tennisschlägern eingesetzt. Auf der anderen Seite weisen Large Tow-Kohlenstofffasern eine relativ geringere Leistung auf, sind aber auch kostengünstiger in der Herstellung. Daher werden sie typischerweise in grundlegenden Industriebereichen eingesetzt, darunter Windturbinenblätter, Gebäudeverstärkungen, Automobilkomponenten und Wasserstoffspeichertanks. Im Vergleich zu Small Tow-Fasern besteht der Hauptvorteil von Large Tow-Kohlenstofffasern darin, dass sie die Produktionskapazität für Einzelfilamente unter denselben Produktionsbedingungen deutlich steigern und so die Produktionskosten senken können. Ihre Layup-Effizienz bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen ist ebenfalls höher, wobei die Produktionskosten um über 30 % gesenkt werden. Dies hilft, die Preisbeschränkungen von Kohlenstofffasern zu überwinden und ihren Anwendungsbereich zu erweitern, wodurch die Grundlage für eine breitere Verwendung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen gelegt wird. Sobald die Rohstoffkosten für große Kohlenstofffasern gesenkt werden, sinken auch die nachgelagerten Produktionskosten für die Verarbeitung der fertigen Produkte, was die Rentabilität verbessert. Der Wettbewerbsvorteil der vor- und nachgelagerten Lieferkette der großen Kohlenstofffaserindustrie liegt daher in dieser Kostensenkung.