Masse

Carbon-Verbundwerkstoffe sind im Allgemeinen4-mal leichter als die meisten Stähle.

  • Dichte von Stahl beträgt 7,8 kg/m3.
  • Dichte des Graphit-Dämpfungsverbundstoffs liegt je nach Zusammensetzung zwischen 1,4 und 1,8.

Dämpfung

Die Dämpfung ist bis zu 20 x besser als bei Stahl, wenn Dämpfungsmaterial im Verbundwerkstoff enthalten ist.

Dieses Dämpfungsmaterial reduziert das E-Modul des Verbundstoffes, aber das schlussendliche E-Modul ist immer noch ähnlich dem bei Standardstählen.

Die Positionierung des Dämpfungsmaterials im Bauteil ist ein wichtiger Bestandteil des Konstruktionsprozesses.

Steifigkeit

Das E-Modul einer Graphitschicht in Richtung der Faser kann über 400GPa mit 760GPa Faser sein.

Eine quasi-isotrope, „stahlgleiche“ Komplettbeschichtung wird ein E-Modul von 150 GPa, sowohl in X- & Y-Richtungen, haben und daher ist es notwendig, das 1,3-fache der Stärke zu verwenden, um die Äquivalenz von 210 GPa bei Stahl aufrechtzuerhalten.

Die Optimierung der Steifigkeit in verschiedenen Richtungen, oder zwischen Biege- und Schersteifigkeit ist ein normaler Teil des Konstruktionsprozesses, der bei Stahl jedoch nicht möglich ist.

Festigkeit

Die maximale Festigkeit eines „Stahläquivalents“ aus Verbundwerkstoff ist etwa gleich der Fließgrenze von Standardstahl bei etwa 385 MPa.

Viele Maschinenbauteile benötigen Steifigkeit oder Dämpfung anstatt Festigkeit. Die benötigten Materialvolumina bedeuten, dass die Belastungsstufen folglich sehr gering sind.

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Zusammenbruch

Verbundwerkstoffe haben keine Fließgrenze.

Verbundwerkstoffe können bei etwa 75% der Endbelastung Mikrorisse in der Matrix bekommen. Dies kann als Äquivalent einer Fließgrenze beim Verbundwerkstoff angesehen werden. Im Gegensatz zu Stahl ändert sich das E-Modul nicht und die Spannungsbelastungskurve ist eine Gerade bis zum Zusammenbruch. Verbundwerkstoffe brechen bei Kompression oder der Kompressionsseite der Biegung bei etwa der Hälfte des Spannungsbruchstresslevels.

Ermüdung

Die SN-Kurve bei Carbonfaser-Verbundstoffen ist sehr flach und deutlich besser als bei Stahl.

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Ausdehnung

PAN-Fasern haben einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten. Graphitfasern haben einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn sie in einem Verbundwerkstoff verarbeitet werden, können sie so entworfen werden, dass sie in einer bestimmten Richtung keine Ausdehnung hat, sofern dies nicht mit anderen erforderlichen Eigenschaften in Konflikt steht.

Bearbeitung & Präzision

Bei Verbundstoffen ist es nicht gut, die Fasern zu schneiden, welche für Steifigkeit oder Stärke verantwortlich sind. Es ist üblich, eine zusätzliche Schicht aus einem anderen Material hinzuzufügen, um eine bearbeitete Oberfläche zu erzeugen .

Carbon-Verbundwerkstoffe lassen sich gut bearbeiten, erfordern jedoch eine spezielle Ausrüstung für die sichere Entsorgung von Staub oder Schlamm.

Die Genauigkeit des Werkzeugs bestimmt die Genauigkeit des Bauteils und das ist sehr nützlich, um genaue Innenabmessungen ohne Bearbeitung zu erhalten. Das kann eine erhebliche Einsparung bedeuten .

Zähigkeit und Härte

Carbon-Graphitverbundstoffe haben nicht die Zähigkeit oder Härte von Stahl.

Wenn die Gefahr einer Beschädigung bei Kontakt besteht, muss eine Schutzvorrichtung entworfen werden. Die meisten Maschinen haben bereits externe Abdeckungen, also ist das normalerweise kein Problem.

Bei konstantem Druckkontakt ist es möglich, eine lokale Beschichtung zur Verbesserung der Oberflächenhärte zu verwenden.

Stabilität und Drift

Experimentelle Messungen zeigen, dass für eine präzise Positionierung eines Trägers der CompoTech Verbundstoff besser geeignet ist als Prepreg Verbundstoff.

Der Prepreg-Träger würde über Mikrozeit abdriften und verliert damit seine Positionsstabilität. Die Gründe dafür sind, dass während des Aushärtens Restspannungen in den Prepreg-Träger aufgenommen werden.

Der CompoTech Produktionsprozess hat dieses Problem nicht und die CompoTech Träger erfüllen die Kriterien für Stabilität.

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Umwelt

Korrosion

Epoxy-Verbundstoffe korrodieren nicht.

Flüssigkeiten

Epoxidharze sind für Flüssigkeiten undurchlässig und ein guter Verbundstoff hat sehr niedrige Hohlräume. Wenn der Verbundstoff jedoch bearbeitet wird, könnten die Oberfläche des Harzes, ein Füllstoff und die Fasern angeschnitten werden. Überall, wo bearbeitet wird, muss neu beschichtet werden, um eine gute Abdichtung zu gewährleisten.

Temperatur

Die Epoxidharzmatrix wird teilweise wegen ihrer Temperaturleistung ausgewählt. Irgendwo im Bereich von -40°C bis +200°C ist normal. Auch höhere Temperaturen wären möglich.

Ultraviolettes Licht

UV ist ein Problem für Epoxidharze und es gibt viele Additive, um eine Zersetzung zu reduzieren. Allerdings ist dies nur ein Oberflächenproblem und kann mit der richtigen Wahl der Beschichtung überwunden werden, falls Gefahren bezüglich UV bestehen.

Gesundheit & Sicherheit

Sobald ein Verbundwerkstoff hergestellt wurde, geht die einzige Gesundheitsgefährdung vom Staub bei der Bearbeitung, beim Schleifen oder Absanden aus. Dem wird durch die Verwendung von Flüssigkeiten oder starken Absauganlagen, um Partikel zu entfernen, entgegengewirkt.

Recycling

Unerwünschte Verbundstoffe werden gehäckselt und die Matrix wird verbrannt, um die chemisch gefangene Energie wiederherzustellen. Die kurzen Fasern werden für die Verstärkung im Spritzguss oder Beton verwendet. Andere mögliche Recyclingprozesse zersetzen das Material zurück in seine Grundelemente.