Koolstofvezel 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 te beschrijven samengesteld materiaal die koolstofvezel gebruikt als het belangrijkste structurele onderdeel. 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, "Koolstofvezelversterkte thermoplastische composieten" hebben 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.
Eigenschappen van CFRP-composieten
Composietmaterialen, versterkt met koolstofvezel, zijn anders dan andere FRP-composieten met traditionele materialen zoals glasvezel of aramide vezels. De eigenschappen van voordelige CFRP-composieten zijn:
Lichtgewicht: Een traditionele glasvezel versterkt composiet het gebruik van continue glasvezel met een vezel van 70% glas (gewicht glas / totaal gewicht), zal gewoonlijk een dichtheid van 0,065 pond per kubieke inch hebben.
Ondertussen heeft een CFRP-composiet, met hetzelfde vezelgewicht van 70%, typisch een dichtheid van 0,055 pond per kubieke inch.
Verhoogde kracht: Niet alleen zijn koolstofvezelcomposieten lichter, maar CFRP-composieten zijn veel sterker en stijver per gewichtseenheid. Dit geldt voor 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. U kunt zich voorstellen waarom autobedrijven onderzoek doen naar koolstofvezel in plaats van staal.
Bij het vergelijken van CFRP-composieten met aluminium, een van de lichtste gebruikte metalen, is een standaardaanname dat dat een aluminium structuur van gelijke sterkte waarschijnlijk 1,5 keer die van de koolstofvezel zou wegen structuur.
Er zijn natuurlijk veel variabelen die deze vergelijking kunnen veranderen. De kwaliteit en kwaliteit van materialen kan verschillen, en met composieten, de productieproces, vezelarchitectuur en de kwaliteit moet in aanmerking worden genomen.
Nadelen van CFRP Composites
Kosten: Hoewel geweldig materiaal, is er een reden waarom koolstofvezel niet in elke afzonderlijke toepassing wordt gebruikt. Op dit moment zijn CFRP-composieten in veel gevallen kostenbesparend. Afhankelijk van de huidige marktomstandigheden (vraag en aanbod), het type koolstofvezel (ruimtevaart vs. commerciële kwaliteit), en de vezelsleepmaat, de prijs van koolstofvezel kan aanzienlijk variëren.
Ruwe koolstofvezel op basis van prijs per pond kan overal 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 zijn voor koolstofvezelcomposieten, als een nadeel afhankelijk van de toepassing. Koolstofvezel is extreem geleidend, terwijl glasvezel isolerend is. Veel toepassingen gebruiken glasvezel, en kan geen koolstofvezel of metaal gebruiken, strikt vanwege de geleidbaarheid.
In de utiliteitsindustrie zijn bijvoorbeeld veel producten nodig 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 hoogspanningslijn, is de kans op elektrocutie veel kleiner. Dit zou niet het geval zijn bij een CFRP-ladder.
Hoewel de kosten van CFRP-composieten nog steeds hoog zijn, blijven nieuwe technologische vooruitgang in de productie zorgen voor meer kosteneffectieve producten. Hopelijk kunnen we tijdens ons leven kosteneffectieve koolstofvezel zien die wordt gebruikt in een breed scala van consumenten-, industriële en autotoepassingen.