CFRP-composieten begrijpen

Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites (CFRP) zijn lichtgewicht, sterke materialen die worden gebruikt bij de productie van talloze producten die in ons dagelijks leven worden gebruikt. Het is een term die wordt gebruikt om een ​​vezelversterkt composietmateriaal te beschrijven dat koolstofvezel als primaire structurele component gebruikt. Opgemerkt moet worden dat de "P" in CFRP ook kan staan ​​voor "plastic" in plaats van "polymeer".

Over het algemeen gebruiken CFRP-composieten thermohardende harsen zoals epoxy, polyester of vinylester. Hoewel thermoplastische harsen worden gebruikt in CFRP composieten, hebben "koolstofvezelversterkte thermoplastische composieten" vaak hun eigen acroniem, CFRTP composieten.

Bij het werken met composieten of binnen de composietenindustrie is het belangrijk om de termen en acroniemen te begrijpen. Wat nog belangrijker is, is het noodzakelijk om de eigenschappen van FRP-composieten en mogelijkheden van de verschillende versterkingen zoals koolstofvezel te begrijpen.

Eigenschappen van CFRP Composites

Composietmaterialen, versterkt met koolstofvezel, verschillen van andere FRP-composieten die traditionele materialen zoals glasvezel of aramidevezel gebruiken. De eigenschappen van CFRP-composieten die voordelig zijn, zijn onder meer:

Lichtgewicht: Een traditionele glasvezelversterkte composiet met continue glasvezel met een vezel van 70% glas (gewicht van glas / totaal gewicht), heeft meestal een dichtheid van 0,065 pond per kubieke inch.

Ondertussen heeft een CFRP-composiet, met hetzelfde vezelgewicht van 70%, doorgaans een dichtheid van 0,055 pond per kubieke inch.

Verhoogde sterkte: Koolstofvezelcomposieten zijn niet alleen lichter, maar CFRP-composieten zijn veel sterker en stijver per gewichtseenheid. Dit is waar bij het vergelijken van koolstofvezelcomposieten met glasvezel, maar nog meer in vergelijking met metalen.

Een goede vuistregel bij het vergelijken van staal met CFRP-composieten is bijvoorbeeld dat een koolstofvezelstructuur van gelijke sterkte vaak 1/5 van die van staal zal wegen. Je kunt je voorstellen waarom automobielbedrijven onderzoek doen naar koolstofvezel in plaats van staal.

Bij het vergelijken van CFRP-composieten met aluminium, een van de lichtste gebruikte metalen, wordt standaard aangenomen dat een aluminiumstructuur met gelijke sterkte waarschijnlijk 1,5 keer die van de koolstofvezelstructuur weegt.

Natuurlijk zijn er veel variabelen die deze vergelijking kunnen veranderen. De kwaliteit en kwaliteit van materialen kan verschillen en met composieten, het productieproces, de vezelarchitectuur en de kwaliteit moet rekening worden gehouden.

Nadelen van CFRP composieten

Kosten: Hoewel verbazingwekkend materiaal, is er een reden waarom koolstofvezel niet in elke afzonderlijke toepassing wordt gebruikt. Op dit moment zijn CFRP-composieten in veel gevallen kostenverbodig. Afhankelijk van de huidige marktomstandigheden (vraag en aanbod), het type koolstofvezel (lucht- en ruimtevaart versus commerciële kwaliteit) en de sleeplengte van de vezel, kan de prijs van koolstofvezel aanzienlijk variëren.

Ruwe koolstofvezel op basis van prijs per pond kan tussen de 5 en 25 keer duurder zijn dan glasvezel. Deze ongelijkheid is nog groter bij het vergelijken van staal met CFRP-composieten.

geleidbaarheid: Dit kan zowel een voordeel voor koolstofvezelcomposieten zijn, als een nadeel afhankelijk van de toepassing. Koolstofvezel is extreem geleidend, terwijl glasvezel isolerend is. Veel toepassingen gebruiken glasvezel en kunnen geen koolstofvezel of metaal gebruiken, strikt vanwege de geleidbaarheid.

In de utiliteitsindustrie zijn bijvoorbeeld veel producten vereist om glasvezels te gebruiken. Het is ook een van de redenen waarom ladders glasvezel gebruiken als ladderrails. Als een glasvezelladder in contact zou komen met een elektriciteitsleiding, is de kans op elektrocutie veel kleiner. Dit zou niet het geval zijn met een CFRP-ladder.

Hoewel de kosten van CFRP-composieten nog steeds hoog zijn, blijven nieuwe technologische ontwikkelingen in de productie zorgen voor meer kosteneffectieve producten. Hopelijk zien we tijdens onze levensduur dat rendabele koolstofvezel wordt gebruikt in een breed scala van consumenten-, industriële en automotive-toepassingen.