Produktbeschreibung
Technische Parameter
Originales Kohlefasergarn T300B-3000-40B
Zugfestigkeit: ≥3530 MPa
Modul: ≥230Gpa
Titer: 760 ± 20 g/km
Dehnung: 1,5 ± 0,02 %
Dichte: 1,78 ± 0,02 g/cm³
Kohlenstoffgehalt: ≥95 %
Widerstand: 145 Ω/m
Durchmesser: 7 Mikrometer
Nettogewicht: 2 kg/Spule
Länge: 10100 Meter/Rolle
Shenzhen Turing New Materials Co., Ltd. ist mit einem der 100 größten Unternehmen in der Provinz Guangdong verbunden. Es wurde im September 2006 mit einem Gesamtvermögen von fast 100 Millionen Yuan gegründet. Das Unternehmen beherrscht die Kilotonnen-Technologie für die Sorten T300 und T700 sowie die Hundert-Tonnen-Technologie für die Sorten T800 und M30 und besitzt unabhängige geistige Eigentumsrechte an Schlüsseltechnologien und Kernausrüstung.Seit seiner Gründung hat Shenzhen Turing New Materials Co., Ltd. fast 10.000 Tonnen Kohlenstofffasern verkauft, was den größten Teil des Umsatzes auf dem heimischen Kohlenstofffasermarkt ausmacht.
Die Produkte werden häufig in Industriebereichen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen, Verbundkabelkernen, Druckbehältern, medizinischen Geräten und im Zivilbau sowie im Sport- und Freizeitbereich eingesetzt. Sie wurden im Versuchseinsatz in Bereichen der Landesverteidigung und des Militärs wie der Luft- und Raumfahrt, der Waffenindustrie und der Nuklearindustrie gut evaluiert und finden umfangreiche Anwendungen in aufstrebenden Bereichen wie Fahrzeugen mit neuer Energie, Schienenverkehr, Windkrafterzeugung und Schiffstechnik.
Shenzhen Turing New Materials Co., Ltd. befindet sich in der Sonderwirtschaftszone Shenzhen, Guangdong, China. Das Unternehmen ist bestrebt, der Welt integrierte Lösungen anzubieten, darunter Forschung und Entwicklung für Carbonfaser-Vorläufer, Carbonfaser-Produktion und Forschung und Entwicklung von Carbonfaser-Verbundprodukten. Derzeit verfügt das Unternehmen über eine Produktionskapazität für Kohlenstofffaservorprodukte von 13.000 Tonnen und eine Produktionskapazität für Kohlenstofffasern von 5.000 Tonnen. Es handelt sich um ein Unternehmen, das die industrielle Faserproduktion im Kilotonnen-Bereich realisiert hat, und um ein Unternehmen, das die Trockenstrahl-Nassspinntechnologie zur Herstellung von Hochleistungs-Kohlenstofffasern entwickelt hat. Das Unternehmen hat unabhängig einen kompletten Satz leistungsstarker Kohlenstofffaser-Vorläufer- und Karbonisierungs-Produktionslinien entwickelt und gebaut, beherrscht technische Kernprozesse wie Ultra-Großkapazitäts-Polymerisation, Trockenstrahl-Nassspinnen und homogene Voroxidationskarbonisierung sowie die Herstellung wichtiger Geräte und kann Hochleistungs-Kohlenstofffasern der Qualität SYT45, SYT49 und SYT55 in Chargen und im großen Maßstab stabil produzieren. Shenzhen Turing New Materials Co., Ltd. übernahm die Aufgabe Führend in der Branche bei der Zertifizierung des Qualitätsmanagementsystems ISO9001, der Zertifizierung des Umweltmanagementsystems ISO14001, der Zertifizierung des Arbeitsschutzmanagementsystems OHSAS18001 und der Zertifizierung des Messinspektionssystems ISO10012. Es hat ein Hochleistungsfasertestzentrum und ein Forschungs- und Entwicklungszentrum für neue Produkte eingerichtet und war an der Formulierung nationaler Standards für Kohlefaser- und Vorläuferprodukte beteiligt.
Kohlefaser (kurz CF) ist ein neuartiges Fasermaterial mit hochfesten und hochmoduligen Fasern, die mehr als 95 % Kohlenstoff enthalten. Es handelt sich um ein mikrokristallines Graphitmaterial, das durch Stapeln von Flockengraphit-Mikrokristallen und anderen organischen Fasern entlang der axialen Richtung der Fasern und anschließender Karbonisierungs- und Graphitisierungsbehandlung hergestellt wird. Kohlefaser ist „außen weich und innen hart“; Es ist leichter als metallisches Aluminium, aber stärker als Stahl. Es verfügt außerdem über die Eigenschaften Korrosionsbeständigkeit und hohes Modul, was es zu einem wichtigen Material sowohl in der nationalen Verteidigungs- und Militärindustrie als auch für zivile Anwendungen macht. Es verfügt nicht nur über die inhärenten Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien, sondern verfügt auch über die weiche Verarbeitbarkeit von Textilfasern, was es zu einer neuen Generation von Verstärkungsfasern macht.
Kohlenstofffasern haben viele hervorragende Eigenschaften: hohe axiale Festigkeit und Modul, niedrige Dichte, hohe spezifische Leistung, kein Kriechen, Beständigkeit gegenüber ultrahohen Temperaturen in nicht oxidierenden Umgebungen, gute Ermüdungsbeständigkeit, spezifische Wärme- und elektrische Leitfähigkeit zwischen Nichtmetallen und Metallen, ein kleiner Wärmeausdehnungskoeffizient mit Anisotropie, gute Korrosionsbeständigkeit, gute Röntgendurchlässigkeit, gute thermische und elektrische Leitfähigkeit und gute elektromagnetische Abschirmeigenschaften.
Im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasern ist der Elastizitätsmodul von Kohlefasern mehr als dreimal so hoch wie der von Glasfasern. Im Vergleich zu Kevlar-Fasern ist ihr Elastizitätsmodul etwa doppelt so hoch. Es ist in organischen Lösungsmitteln, Säuren und Laugen unlöslich und nicht quellend und weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf.
Am 15. Februar 2016 durchbrach China die Kontrolle und Blockade Japans, um Hochleistungs-Kohlenstofffasern zu entwickeln.
Zusammensetzung und Struktur
Kohlenstofffasern sind anorganische Polymerfasern mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 90 %. Unter ihnen werden solche mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 99 % Graphitfasern genannt. Die Mikrostruktur von Kohlenstofffasern ähnelt künstlichem Graphit mit einer turbostratischen Graphitstruktur. Der Abstand zwischen den Kohlenstofffaserschichten beträgt etwa 3,39 bis 3,42 Angström. Die Kohlenstoffatome in jeder parallelen Schicht sind nicht so regelmäßig angeordnet wie in Graphit, und die Schichten sind durch Van-der-Waals-Kräfte verbunden.
Man geht üblicherweise davon aus, dass die Struktur von Kohlenstofffasern aus zweidimensional geordneten Kristallen und Poren besteht. Inhalt, Größe und Verteilung der Poren haben einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von Kohlefasern.
Wenn die Porosität unter einem bestimmten kritischen Wert liegt, hat sie keinen offensichtlichen Einfluss auf die interlaminare Scherfestigkeit, Biegefestigkeit und Zugfestigkeit von Kohlefaserverbundwerkstoffen. Einige Studien weisen darauf hin, dass die kritische Porosität, die zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Materials führt, bei 1 % bis 4 % liegt. Wenn der Porenvolumengehalt im Bereich von 0 bis 4 % liegt, nimmt die interlaminare Scherfestigkeit mit jedem Anstieg des Porenvolumengehalts um 1 % um etwa 7 % ab. Studien an Kohlefaser-Epoxidharz- und Kohlefaser-Bismaleimidharz-Laminaten zeigen, dass die interlaminare Scherfestigkeit abzunehmen beginnt, wenn die Porosität 0,9 % übersteigt. Tests haben gezeigt, dass Poren hauptsächlich zwischen Faserbündeln und an interlaminaren Grenzflächen verteilt sind. Darüber hinaus ist die Porengröße umso größer, je höher der Porengehalt ist, wodurch sich die Fläche der interlaminaren Grenzfläche im Laminat erheblich verringert. Wenn das Material beansprucht wird, neigt es zu interlaminarem Versagen, weshalb die interlaminare Scherfestigkeit relativ empfindlich auf Poren reagiert. Darüber hinaus sind Poren Spannungskonzentrationsbereiche mit geringer Tragfähigkeit. Bei Belastung dehnen sich die Poren aus und es bilden sich lange Risse, die zu Schäden führen.
Sogar zwei Laminate mit der gleichen Porosität (unter Verwendung unterschiedlicher Prepreg-Methoden und Herstellungsverfahren im gleichen Aushärtungszyklus) zeigen völlig unterschiedliche mechanische Verhaltensweisen. Die spezifischen Werte der Abnahme der mechanischen Eigenschaften mit zunehmender Porosität variieren, was zeigt, dass der Einfluss der Porosität auf die mechanischen Eigenschaften eine große Streuung und eine schlechte Wiederholbarkeit aufweist. Aufgrund der Einbeziehung vieler variabler Faktoren ist der Einfluss von Poren auf die mechanischen Eigenschaften von Verbundlaminaten ein komplexes Thema. Zu diesen Faktoren gehören: Form, Größe und Position der Poren; die mechanischen Eigenschaften von Fasern, Matrix und Grenzflächen; und statische oder dynamische Belastungen.
Im Vergleich zur Porosität und zum Porenseitenverhältnis haben Porengröße und -verteilung einen größeren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Es wurde festgestellt, dass große Poren (Fläche > 0,03 mm²) einen negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften haben, was auf den Einfluss von Poren auf die Rissausbreitung im interlaminaren harzreichen Bereich zurückgeführt wird.
Physikalische Eigenschaften
Kohlenstofffasern vereinen die hohe Zugfestigkeit von Kohlenstoffmaterialien und die weiche Verarbeitbarkeit von Fasern und machen sie zu einem neuen Material mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Die Zugfestigkeit von Kohlenstofffasern beträgt etwa 2 bis 7 GPa und der Zugmodul beträgt etwa 200 bis 700 GPa. Die Dichte beträgt etwa 1,5 bis 2,0 Gramm pro Kubikzentimeter, was neben der Struktur der Vorläuferfaser hauptsächlich von der Temperatur der Karbonisierungsbehandlung abhängt. Im Allgemeinen kann die Dichte nach einer Hochtemperatur-Graphitisierungsbehandlung bei 3000 °C 2,0 Gramm pro Kubikzentimeter erreichen. Darüber hinaus ist es sehr leicht, mit einem spezifischen Gewicht, das leichter als Aluminium, weniger als ein Viertel desjenigen von Stahl und einer spezifischen Festigkeit ist, die 20-mal so hoch ist wie die von Eisen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kohlenstofffasern unterscheidet sich von dem anderer Fasern und weist die Eigenschaft der Anisotropie auf. Die spezifische Wärmekapazität von Kohlefasern beträgt im Allgemeinen 7,12. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab: Sie ist negativ in Richtung parallel zur Faser (0,72 bis 0,90) und positiv in Richtung senkrecht zur Faser (32 bis 22). Der spezifische Widerstand von Kohlenstofffasern hängt von der Art der Faser ab. Bei 25 °C beträgt der spezifische Widerstand von hochmoduligen Kohlenstofffasern 775 und der von hochfesten Kohlenstofffasern 1500 pro Zentimeter. Dadurch weisen Kohlefasern unter allen Hochleistungsfasern die höchste spezifische Festigkeit und den höchsten spezifischen Modul auf. Im Vergleich zu Metallmaterialien wie Titan, Stahl und Aluminium weist Kohlenstofffaser hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften die Eigenschaften einer hohen Festigkeit, eines hohen Moduls, einer geringen Dichte und eines kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf und kann als „König der neuen Materialien“ bezeichnet werden.
Kohlefasern weisen nicht nur die Eigenschaften allgemeiner Kohlenstoffmaterialien auf, sondern weisen auch eine erhebliche anisotrope Flexibilität in ihrem Aussehen auf und können zu verschiedenen Stoffen verarbeitet werden. Darüber hinaus weist es aufgrund seines geringen spezifischen Gewichts eine hohe Festigkeit entlang der Faserachsenrichtung auf. Kohlenstofffaserverstärkte Epoxidharz-Verbundwerkstoffe weisen unter den vorhandenen Strukturmaterialien den höchsten Gesamtindex für spezifische Festigkeit und spezifischen Modul auf. Die Zugfestigkeit von Kohlefaserharz-Verbundwerkstoffen liegt im Allgemeinen über 3500 MPa, was dem 7- bis 9-fachen von Stahl entspricht, und der Zugelastizitätsmodul beträgt 230 bis 430 GPa, was ebenfalls höher als der von Stahl ist. Daher kann die spezifische Festigkeit von CFK, also das Verhältnis der Festigkeit des Materials zu seiner Dichte, mehr als 2000 MPa erreichen, während die spezifische Festigkeit von A3-Stahl nur etwa 59 MPa beträgt und sein spezifischer Modul auch höher als der von Stahl ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasern ist ihr Elastizitätsmodul (eine physikalische Größe, die die Zug- oder Druckeigenschaften eines Materials innerhalb der Elastizitätsgrenze darstellt) mehr als dreimal so hoch wie der von Glasfasern. Im Vergleich zu Kevlar-Fasern ist ihr Elastizitätsmodul etwa doppelt so hoch. Tests an Kohlenstofffaser-Epoxidharzlaminaten zeigen, dass mit zunehmender Porosität sowohl die Festigkeit als auch der Modul abnehmen. Die Porosität hat einen großen Einfluss auf die interlaminare Scherfestigkeit, die Biegefestigkeit und den Biegemodul. Die Zugfestigkeit nimmt mit zunehmender Porosität relativ langsam ab. Der Zugmodul wird weniger von der Porosität beeinflusst.
Kohlenstofffasern haben außerdem eine hervorragende Feinheit (ein Ausdruck für die Feinheit sind die Gramm einer 9000 Meter langen Faser), im Allgemeinen nur etwa 19 Gramm, und die Zugkraft beträgt bis zu 300 kg pro Mikrometer. Nur wenige andere Materialien verfügen über eine Reihe hervorragender Eigenschaften wie Kohlefaser und werden daher in Bereichen eingesetzt, in denen strenge Anforderungen an Zähigkeit, Steifigkeit, Gewicht und Ermüdungseigenschaften gestellt werden. Wenn Kohlefasern nicht mit Luft und Oxidationsmitteln in Kontakt kommen, können sie hohen Temperaturen über 3000 °C standhalten und weisen eine hervorragende Hitzebeständigkeit auf. Im Vergleich zu anderen Materialien nimmt die Festigkeit von Kohlefasern erst ab, wenn die Temperatur höher als 1500 °C ist, und je höher die Temperatur, desto größer die Faserfestigkeit. Die radiale Festigkeit von Kohlenstofffasern ist nicht so gut wie ihre axiale Festigkeit, sodass Kohlenstofffasern empfindlich gegenüber radialen Kräften sind (dh sie können nicht verknotet werden), während die Whisker-Eigenschaften anderer Materialien bereits erheblich nachgelassen haben. Darüber hinaus weist Kohlefaser eine gute Kältebeständigkeit auf; Beispielsweise wird es bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff nicht spröde.
Die chemischen Eigenschaften von Kohlenstofffasern ähneln denen von Kohlenstoff. Abgesehen davon, dass es durch starke Oxidationsmittel oxidierbar ist, ist es gegenüber allgemeinen Alkalien inert. Wenn die Lufttemperatur mehr als 400 °C beträgt, kommt es zu einer offensichtlichen Oxidation, bei der CO und CO₂ entstehen. Kohlefaser weist eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber allgemeinen organischen Lösungsmitteln, Säuren und Laugen auf, ist unlöslich und nicht aufquellend, weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf und es gibt keinerlei Rostprobleme. Einige Wissenschaftler tauchten 1981 Kohlenstofffasern auf PAN-Basis in eine stark alkalische Natriumhydroxidlösung ein, und mehr als 30 Jahre später behält sie immer noch ihre Faserform bei. Allerdings ist seine Schlagfestigkeit gering und es kann leicht beschädigt werden. Unter Einwirkung starker Säuren wird es oxidiert. Die elektromotorische Kraft von Kohlenstofffasern ist positiv, während die von Aluminiumlegierungen negativ ist. Bei der Verwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen in Kombination mit Aluminiumlegierungen kann es zu Metallkarbonisierung, Aufkohlung und elektrochemischen Korrosionsphänomenen kommen. Daher muss Carbonfaser vor der Verwendung einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Kohlenstofffasern verfügen außerdem über Eigenschaften wie Ölbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit, Strahlenbeständigkeit, Absorption giftiger Gase und Neutronenverzögerung.
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