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108 Fachbegriffe für Kohlenstofffasern und ihre Verbundwerkstoffe - Teil 1

2024-06-12 13:40

Verbundwerkstoff:Ein neuer Materialtyp, der durch die Kombination zweier oder mehrerer verschiedener Substanzen entsteht. Im Allgemeinen bestehend aus einer Matrixkomponente und einer Verstärkungs- oder Funktionskomponente.

Kohlefaser:Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich um ein faseriges Kohlenstoffmaterial, das sich durch hohe Festigkeit, hohen Elastizitätsmodul, geringe Dichte und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet.

Graphitfaser:Kohlenstofffaser mit einer Molekülstruktur aus Graphit, die mehr als 99 % Kohlenstoff enthält und ein geschichtetes hexagonales Kristallgitter aufweist. Kohlenstofffasern, die einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung unterzogen werden, erhöhen ihren inneren Graphitisierungsgrad. Im Allgemeinen werden Kohlenstofffasern, die bei Temperaturen über 1800 °C behandelt wurden, als Graphitfasern bezeichnet.

Epoxidharz:Ein allgemeiner Begriff für Polymere, die zwei oder mehr Epoxidgruppen in ihren Molekülen enthalten. Es handelt sich um ein Kondensationsprodukt aus Epichlorhydrin und Bisphenol A oder Polyolen. Aufgrund der chemischen Reaktivität der Epoxidgruppen kann es mit verschiedenen Verbindungen, die aktiven Wasserstoff enthalten, vernetzt und ausgehärtet werden, um ein duroplastisches Harz mit einer Netzwerkstruktur zu bilden. Epoxidharz vom Typ Bisphenol A ist nicht nur das am häufigsten produzierte und vielfältigste, sondern wird durch neue modifizierte Sorten auch immer qualitativ besser.

Duroplaste:Bezieht sich auf Materialien, die beim erneuten Erhitzen nicht weich werden und ihre Form ändern und sich nicht in Lösungsmitteln auflösen. Polymere mit dieser Eigenschaft sind duroplastisch.

Thermoplast:Bezieht sich auf Materialien, die sich bei Erhitzung verformen und fließen können und beim Abkühlen eine bestimmte Form beibehalten. Die meisten linearen Polymere sind thermoplastisch, sodass sie sich leicht durch Extrusion, Spritzguss oder Blasformen verarbeiten lassen.

Zugfestigkeit:Die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht. Sie gibt die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Versagen an.

Zugmodul:Die Elastizität eines Materials bei Zugbelastung. Es handelt sich um das Verhältnis der Kraft, die erforderlich ist, um das Material um eine Längeneinheit entlang der Mittelachse zu dehnen, zu seiner Querschnittsfläche und gibt den Widerstand des Materials gegen Verformung an.

Poissonzahl:Das Verhältnis von Querdehnung zu Axialdehnung in einem Material unter einachsiger Spannung oder Kompression, auch als seitlicher Deformationskoeffizient bezeichnet.

Schlichtemittel:Eine Polymerschicht, die vor der Sammlung auf die Kohlenstofffaserstränge aufgetragen wird, um die Kohlenstofffaser zu schützen und die Bindungsstärke mit der Matrix zu verbessern.

Bruchdehnung:Das Verhältnis der Längendifferenz vor und nach dem Dehnen zur Ausgangslänge, wenn eine Faser bis zum Reißen gezogen wird, ausgedrückt in Prozent.

Spezifische Stärke:Die Festigkeit eines Materials (Kraft pro Flächeneinheit beim Bruch) geteilt durch seine Dichte, auch Festigkeits-Gewichts-Verhältnis genannt.

Spezifischer Modul:Der Elastizitätsmodul pro Dichteeinheit, eine Materialeigenschaft, die auch als Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis oder spezifische Steifigkeit bezeichnet wird.

Zähigkeit:Gibt die Fähigkeit eines Materials an, bei plastischer Verformung und Bruch Energie zu absorbieren. Eine höhere Zähigkeit verringert die Wahrscheinlichkeit eines Sprödbruchs.

Isotropie:Eine Eigenschaft, bei der sich die physikalischen und chemischen Merkmale eines Materials nicht mit der Richtung ändern. Dies bedeutet, dass die gemessenen Leistungswerte in alle Richtungen gleich sind.

Anisotropie:Eine Eigenschaft, bei der die physikalischen und chemischen Merkmale eines Materials je nach Richtung variieren und in unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Prepreg:Ein Zwischenmaterial, das durch Imprägnieren von Endlosfasern oder -geweben mit einer Harzmatrix unter kontrollierten Bedingungen hergestellt wird, wodurch ein Verbund aus Harzmatrix und Verstärkung entsteht.

Unidirektionales Gewebe:Dieses auch als UD-Gewebe bekannte Gewebe enthält in einer Richtung (normalerweise der Kette) eine große Anzahl von Kohlenstofffasergarnen und in der anderen Richtung nur wenige, normalerweise feine Garne, wodurch die Festigkeit des Gewebes hauptsächlich in der ersten Richtung liegt.

3K-Gewebe:Ein aus 3K-Kohlefasersträngen gewebtes Gewebe, erhältlich in den Webarten Leinwandbindung, Satinbindung und Köperbindung, das häufig auf der Oberfläche von Kohlefaserprodukten verwendet wird.

Voroxidation:Der Voroxidationsprozess, den Kohlenstofffaser-Vorläufer vor der Karbonisierung durchlaufen müssen, wird auch Stabilisierung genannt, um sicherzustellen, dass die Fasern während der Karbonisierung nicht schmelzen oder verbrennen.

Verkohlung:Der Prozess des Erhitzens von Kohlenstofffaser-Vorläufern oder voroxidierten Fasern in Abwesenheit von Luft, wodurch diese sich zersetzen und schließlich Kohlenstofffasern bilden.

Graphitisierung:Dabei wird Kohlenstofffaser einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung unterzogen, um die innere Anordnung der Kohlenstoffatome von einer ungeordneten Graphitstruktur in eine geordnete Graphitkristallstruktur umzuwandeln.

PAN-basiert:Als PAN-basierte Kohlenstofffasern werden Kohlenstofffasern bezeichnet, die durch Karbonisierung von Polyacrylnitrilfaser-Vorläufern hergestellt werden.

Tonhöhenbasiert:Als pechbasierte Kohlenstofffasern werden Kohlenstofffasern bezeichnet, die durch Karbonisierung von Pechfaservorläufern hergestellt werden.

Auf Viskosebasis:Als viskosebasierte Kohlenstofffasern werden Kohlenstofffasern bezeichnet, die durch Karbonisierung von Viskosefaser-Vorläufern hergestellt werden.

Vorläuferfaser:Eine durch Spinnen gewonnene organische Faser, die zur Herstellung von Kohlenstofffasern verwendet wird.

Spinnen:Auch als chemische Faserbildung bekannt, ist dies ein Prozess in der Chemiefaserherstellung, bei dem hochmolekulare Verbindungen zu kolloidalen Lösungen verarbeitet oder zu Schmelzen geschmolzen und dann durch Spinndüsenlöcher extrudiert werden, um Chemiefasern zu bilden.

Volle Punktzahl:Als „Vollmarke“ wird aus Japan importierte Kohlefaser ohne ausgeschnittene Etiketten bezeichnet.

Halbe Marke:Aufgrund der Beschränkungen Japans für den Umlauf von nach China exportierten Kohlefasern werden auf den Produktetiketten Rückverfolgbarkeitscodes angebracht. In China werden die Rückverfolgbarkeitscodes abgeschnitten, um eine Nachverfolgung zu verhindern, was zu halb markierten Kohlefasern führt.

Kleines Schlepptau:Wird im Allgemeinen als Kohlefaser mit weniger als 24.000 Filamenten betrachtet, einschließlich 1.000, 3.000, 6.000, 12.000 und 24.000.

Großes Schlepptau:Wird im Allgemeinen als Kohlefaser mit mehr als 24.000 Filamenten angesehen.

Nassspinnen:Eine der Hauptmethoden des chemischen Faserspinnens, abgekürzt als Nassspinnen.

Trocken-Nass-Spinnen:Ein Lösungsspinnverfahren, das die Eigenschaften des Trocken- und Nassspinnens kombiniert und sich durch hohe Streckverhältnisse an der Spinndüse und eine verbesserte Ausdehnung des Faserbündels im nassen Koagulationsbad auszeichnet. Dadurch ergeben sich eine dichtere Struktur, höhere Spinngeschwindigkeiten und eine gewisse anfängliche Faserfestigkeit nach der Nachbearbeitung, um Hochleistungsfasern zu erhalten.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient:Die Längenänderung eines Materials pro Temperaturänderungseinheit unter konstantem Druck, dargestellt durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Ungeordnete Graphitstruktur:Eine Struktur, bei der sich die sechseckigen Kohlenstoffringe zu vergrößern beginnen und sich in gleichen Abständen parallel anordnen, die Kohlenstoffatome in den einzelnen Ebenen jedoch noch nicht die geordnete Stapelfolge von Graphitkristallen aufweisen und somit kein dreidimensionaler geordneter Zustand erreicht wird.

Graphitierungsgrad:Ein Parameter, der angibt, inwieweit sich die Kohlenstoffatomstruktur nach einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung der perfekten Graphitkristallstruktur annähert.

Leinwandbindung:Stoff, der in Leinwandbindung gewebt ist, wobei sich Kett- und Schussfäden gegenseitig kreuzen. Charakteristisch sind viele Verflechtungspunkte, eine feste Struktur, eine flache Oberfläche, ein geringes Gewicht, eine gute Abriebfestigkeit und gute Atmungsaktivität.

Satinbindung:Ein allgemeiner Begriff für Stoffe, die mit verschiedenen Atlasbindungsstrukturen gewebt werden, wobei die einzelnen Verflechtungspunkte benachbarter Kett- oder Schussfäden gleichmäßig verteilt, aber nicht zusammenhängend sind.

Köperbindung:Ein Stoff mit einem klaren diagonalen Webmuster, gekennzeichnet durch eine Köperbindung mit zwei oben und einer unten sowie einer 45°-Linksdiagonale.

Flächendichteeinheit:Das Quadratmetergewicht für Kohlefasergewebe oder Kohlefaser-Prepreg.

Kettgarn:Eine Reihe von Garnen, die sich in Längsrichtung des Webstuhls erstrecken und das Gewebe entlang dieser Längsrichtung bilden.

Schussgarn:Beim Weben wird Garn in Schussrichtung verwendet, während Kettgarne in Kettrichtung verwendet werden.

Kernmaterial:Schaum- oder Wabenmaterial, das zwischen den Kohlefaserschichten in laminierten Verbundplatten hinzugefügt wird, um die Widerstandsfähigkeit der Platte gegen Biegemomente zu erhöhen.

Dreidimensionales Weben:Beim 3D-Weben, auch bekannt als Weben mit 3D-Struktur, werden auf einer Strickmaschine Verfahren wie Nadelsammeln und -freigeben, horizontales Halten, Keilweben oder Mehrlagenweben eingesetzt, um geformte oder flache Stoffe mit dreidimensionalen Strukturen herzustellen.

Multiaxiales Gewebe:Ein mehrschichtiges Verbundgewebe, das durch das Zusammenbinden von Kett-, Schuss- und diagonalen Schussgarnbündeln in voller Breite entsteht.

Gehackte Kohlefaser:In kurze Längen geschnittene Kohlenstofffasern werden zur Verstärkung von Kunststoffen verwendet.

Heißschmelz-Prepreg:Ein Verfahren zum Schmelzen von vorimprägniertem Harz durch Erhitzen und Imprägnieren der Fasern, das in Prepreg-Herstellungsprozessen verwendet wird.

Lösung Prepreg:Ein Verfahren zum Auflösen von vorimprägniertem Harz in einem organischen Lösungsmittel und anschließendem Imprägnieren der Kohlenstofffaser, das in Prepreg-Herstellungsprozessen verwendet wird.

Kuppler:Ein Kunststoffzusatz, der die Grenzflächeneigenschaften zwischen Kunstharz und Kohlefaser verbessert.

Faser Inhalt:Die Menge an Kohlenstofffasern pro Flächeneinheit.

Harzgehalt:Die Harzmenge pro Flächeneinheit.

Verbindung:Das Verfahren zum Verbinden zweier Kohlenstofffaser-Verbundbauteile mittels Klebstoffen.

Mechanische Verbindung:Das Verfahren zum Verbinden von Kohlenstofffaser-Verbundbauteilen mittels Bolzen oder Nieten.

Z-Pin-Anschluss:Eine Technik, bei der unidirektionale Verbundwerkstoffe zu feinen Stäben (allgemein bekannt als Z-Pins) pultrudiert und in ungehärtete Prepreg- oder Faservorformlinge eingebettet werden. Nach dem Aushärten bilden die Z-Pins"Verankerung"Verstärkung in Z-Richtung.


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