Betrachtung und Messung von Kohlenstofffasern mit einem Digitalmikroskop

Was sind Kohlenstofffasern?

Kohlenstofffasern werden durch das Verbrennen von Acrylfasern (Polyacrylnitrilfasern), dem sogenannten Polyacrylnitril-Precursor (PAN), bei hohen Temperaturen von etwa 1000°C hergestellt. Die PAN-Vorläufer haben einen Durchmesser von 5 bis 15 Mikrometern, etwa ein Zehntel eines menschlichen Haares. Im Vergleich zu Eisen ist ihre Zugfestigkeit jedoch etwa 10 Mal höher, ihre Dichte (Masse pro Volumen) beträgt etwa ein Viertel und ihre spezifische Festigkeit (Festigkeit pro Gewicht) ist etwa 40 Mal höher. Diese Materialien bieten sowohl eine hohe Festigkeit (schwer brechbar) als auch einen hohen Elastizitätsmodul (schwer verformbar).

Was ist CFK?

CFK steht für carbonfaserverstärkten bzw. kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, d. h. eine Art von Kunststoff, der mit Kohlenstofffasern verstärkt ist.
FVK (faserverstärkte Kunststoffe) sind Verbundwerkstoffe, die durch die Kombination von zwei oder mehr Materialien hergestellt werden. Hohe Steifigkeit und hohe Festigkeit werden durch die Zugabe von Fasern zu einem Basiskunststoff zur Verstärkung erzielt. FVK, denen Kohlenstofffasern als Verstärkung hinzugefügt werden, werden kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) genannt. Diese Materialien zeichnen sich durch Leitfähigkeit, Hitzebeständigkeit, geringe thermische Ausdehnung, selbstschmierende Eigenschaften und Strahlendurchlässigkeit sowie hohe Steifigkeit und hohe Festigkeit aus.
CFK haben außergewöhnliche Eigenschaften, sind jedoch teurer als glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK).
Diese Materialien haben auch Nachteile. Sie sind zum Beispiel schwer zu verarbeiten, dunkeln leicht nach und auf ihrer Oberfläche bleiben Faserformen zurück.

Anwendungsbeispiele für Kohlenstofffasern

Kohlefasern kommen in zahlreichen Branchen zum Einsatz. In diesem Abschnitt werden einige wichtige Anwendungen vorgestellt.

Automobile, Motorräder

Anwendung: Dächer, Spoiler, Sitzrahmen, Räder, Schalldämpferabdeckungen, Karosserierahmen

Luft- und Raumfahrtindustrie

Anwendung: Raketenkomponenten und Satelliten

Luftfahrtindustrie

Anwendung: Flugzeugkörper, Hubschrauberblätter

Eisenbahnwesen

Anwendung: Lokomotiven, Drehgestelle

Industrielle Maschinen

Anwendung: Roboterteile, Förderanlagen

Elektrogeräte

Anwendung: Gehäuse, wie z. B. PC-Gehäuse und Smartphone-Hüllen

Verbrauchsgüter

Anwendung: Brillengestelle und Sonnenbrillen, Helme

Druckbehälter

Anwendung: Tanks für komprimiertes Erdgas (CNG), Wasserstofftanks, Sauerstoffflaschen für die Brandbekämpfung

Medizinische Geräte

Anwendung: Röntgentische, Röntgenfilmkassetten

Sozialwesen, Krankenpflege

Anwendung: Rollstühle, Beinprothesen, Hilfsanzüge

Sportindustrie

Anwendung: Golfschlägerschäfte, Tennisschläger, Fahrradrahmen

Freizeitindustrie

Anwendung: Angelruten, Yachten, Kreuzfahrtschiffe, Skier, Snowboards

Beispiele für die Betrachtung und Messung von Kohlenstofffasern mit einem Digitalmikroskop

Im Folgenden werden die neuesten Beispiele für die Betrachtung und Messung von Kohlenstofffasern mithilfe eines Digitalmikroskops der Modellreihe VHX von KEYENCE vorgestellt.

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