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Wesentliche mechanische Eigenschaften von T700-Kohlenstofffaser
Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul: Der Unterschied von T700-Kohlenstofffaser bei tragfähigen Komponenten
Mit einer beeindruckenden Zugfestigkeit und einem ebenso beeindruckenden Elastizitätsmodul erreicht der Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff T700 eine effiziente Zugfestigkeit von 4.900 MPa und einen Zugmodul von 230 GPa, was zu einer beeindruckenden Tragfähigkeit führt. Das ausgewogene Verhältnis dieser Eigenschaften ermöglicht es dem Material, hohe statische und dynamische Lasten ohne bleibende strukturelle Veränderungen zu tragen. Diese Ausgewogenheit ist insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Automobilindustrie von besonderer Bedeutung. Die Verbundwerkstoffe weisen zudem eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber zyklischen und statischen Lasten sowie wiederholter Beanspruchung auf. Die Ermüdungsbeständigkeit ist besonders hervorragend: Die Ermüdungslebensdauer von T700 liegt um 40 % über der vieler Aluminiumlegierungen. Die Verbundwerkstoffe übertreffen sowohl das beeindruckende Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht als auch die Ermüdungsbeständigkeit; diese herausragende Ermüdungsbeständigkeit gehört zu den zahlreichen Faktoren, die dazu beitragen, dass die Verbundwerkstoffe ein beeindruckendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis erreichen. Die Geschwindigkeit der molekularen Ausrichtung fördert die Spannungsübertragung, wodurch sichergestellt wird, dass das Design höchste Festigkeit und Sicherheit gewährleistet – zugleich aber auch höchste Wirtschaftlichkeit.
Dehnung bei Bruch und Verformungsverhalten unter dynamischer und zyklischer Belastung
T700 weist unter dynamischer und zyklischer Belastung nur einen Elastizitätsmodul von 2,1 % auf und zeigt sogar nur einen Bruchmodul von lediglich 1,0 %. Prüfungen von T700-Verbundwerkstoffen nach ASTM D3479 ergaben, dass die Verbundwerkstoffe nach 10⁶ Lastzyklen eine beeindruckende Ermüdungsbeständigkeit mit nur einem Rückgang der Bruchtragfähigkeit um 15 % aufwiesen. Hochleistungs-Verbundwerkstoffe für dynamische und zyklische Belastungen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie weisen Faserverbundwerkstoffe auf, die eine beeindruckende Ermüdungslebensdauer von 40 % über Aluminiumlegierungsbauteilen erreichen. Die Verbundwerkstoffe zeichnen sich zudem durch eine beeindruckende Beständigkeit gegenüber sprödem und plötzlichem Versagen aus.
Grenzflächen- und Verbundebene-Leistungsverhalten von T700-Kohlenstofffasern
Schubfestigkeit zwischen den Schichten und Widerstand gegen Delamination hochbelasteter Laminatschichten
Durch eine optimierte Oberflächenbehandlung und Sizing erreicht Kohlenstofffaser vom Typ T700 eine interlaminare Scherfestigkeit (ILSS) von über 60 MPa, was der Norm ASTM D2344 entspricht. Diese Faser-Matrix-Grenzfläche weist eine zehnfach verbesserte Hemmwirkung gegenüber kritischen Delaminationsversagen in hochbelasteten Laminaten auf, die mechanischen Stoß- und Ermüdungsbeanspruchungen ausgesetzt sind. Luft- und raumfahrtqualifizierte Laminatwerkstoffe auf Basis von T700 können 10^6 Lastzyklen aushalten und behalten dabei über 90 % der ursprünglichen ILSS bei. Dadurch wird die hochbelastete Schichtung geschützt. Aufgrund der Leistungsfähigkeit des Verbundwerkstoffs weisen Flugzeugtragflächen-Spanten aus T700 eine um 40 % geringere Häufigkeit spannungsbedingter Schichtungsversagen (Delamination) im Vergleich zu Aluminium auf.
Haftung zwischen Matrix und Faser sowie Erhaltung der Quereigenschaften bei gewebtem, mehrachsial belastetem Material
Mithilfe der technisch optimierten Grenzfläche des T700s werden eine verbesserte Matrix-Faser-Bindung bei mehrachsigen Spannungstypen (Zug, Druck und Torsion) sowie die Erhaltung der Quereigenschaften erreicht. Bei Verbundwerkstoffen für Druck-Temperatur-Behälter resultiert die Leistung aus der Matrix-Faser-Bindungstechnologie und dem Faserfusionverfahren sowie aus der Entropie der Mantelfasern, die den Verlust der intrinsischen Fasereigenschaften begrenzt.
Hochbelastungsanwendungen für T700-Kohlenstofffasern
Antriebswellen und rotierende Komponenten
Gewichtseinsparung, T700-Kohlenstofffaser sowie Leistung im Vergleich zu Metallen.
Hochgeschwindigkeits-Antriebswellen für den Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Industriebereich. Kohlenstofffasern vom Typ T700 weisen eine hervorragende Ermüdungs- und Verdrehsteifigkeit sowie -beständigkeit auf. Ein hoher spezifischer Elastizitätsmodul sorgt dafür, dass Kohlenstofffaserverbindungen leicht bleiben. Stahlwellen sind extrem schwer, ermöglichen jedoch eine weitere Reichweite von 6060–6120. Eine metallische Antriebswelle kann ein geringeres Rotationsgewicht und eine niedrigere Massenträgheit aufweisen. Die Erhöhung der Reichweite und Lebensdauer in Verbindung mit anderen unterstützenden Maßnahmen kann innerhalb mehrerer betrieblicher Standards gehalten werden.
Druckbehälter und Windkraftanlagen-Blätter
Verbesserte T700-Kohlenstofffasern erhöhen die Lebensdauer und Sicherheit in verschiedenen Anwendungen.
Hochleistungs-Gasspeicher und Windkraftanlagen-Blätter sind Faserverbundvarianten. Leichte Druckgassysteme sowie zur weiteren Leistungssteigerung verwendete Blätter bestehen aus Kernmaterialien und Aluminium. Die elektrische Leitfähigkeit von T700 ist extrem gering. Die Windkraftanlagen-Blätter für den Service im Jahr 2023 bestehen aus selbstschärfendem Glas und sind äußerst leicht.
Wesentliche T700-Fasersysteme liegen in Schichten übereinander.
Häufig gestellte Fragen
Wie vergleicht sich Kohlenstofffaser T700 mit Stahl und anderen Baumaterialien?
Aufgrund ihres deutlich besseren Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht – mehr als das Fünffache im Vergleich zu Stahl – ist Kohlenstofffaser T700 eine optimale Wahl für Materialien, die eine höhere Ermüdungsbeständigkeit aufweisen und bei variierender Dicke größere Gestaltungsfreiheit bieten.
In welchen Hauptbranchen wird Kohlenstofffaser T700 eingesetzt?
Aufgrund der einfachen Formbarkeit, der Ermüdungsbeständigkeit und der hohen Festigkeit von T700 wird diese Kohlenstofffaser häufig in den Branchen Windenergie, Luft- und Raumfahrt, Automobilbau sowie bei der Speicherung von Gasen unter sehr hohem Druck eingesetzt.
Unter welchen Bedingungen zeigt T700 die beste Leistung?
Die Ermüdungsbeständigkeit und Leistung von T700 unter zyklischer Belastung sind etwa 40 % besser als die von Aluminium; zudem verliert T700 unter einer solchen Belastung nach 10⁶ Zyklen lediglich 15 % seiner Leistung.
Warum wird T700 zur Herstellung von Windturbinenblättern verwendet?
Die Haltbarkeit von T700, die für den Einsatz in Windkraftanlagen vorgesehen ist, ist bis zu einem gewissen Grad entscheidend für die Leistungsfähigkeit, wenn ein Versagen unter stark dynamischen Lastbedingungen unmittelbar bevorsteht; denn das Material bietet einen mikroskopischen Schutz gegen Mikrorisse, wodurch die Lebensdauer der Rotorblätter auf 25 % der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Windschutzscheibenrisses reduziert wird, und weist zudem Korrosionsbeständigkeit in ungünstigen Landschaftsbedingungen auf.
Was macht T700 für Hochdruckanwendungen geeignet?
Mit einer Zugfestigkeit von 4900 MPa eignet sich T700 hervorragend für den Bau von Druckbehältern, da es bei gleicher Masse die Fähigkeit von Aluminium, innere Druckbelastung zu widerstehen, um das Dreifache übertrifft.