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Lernmaterialien für Verbundwerkstoffe an der TU München

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Geben Sie die Rohmaterialien für Glasfasern an.

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  • Kieselerde/Quarz
  • Kalkstein
  • Porzellanerde (Kaolin)
  • Zusätze (für spezielle Eigenschaften)
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Aus wie vielen Einzelfasern besteht ein Kohlefasertau?

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Aus 1.000 bis 50.000 Einzelfasern

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Was sind Kohlefasern (Definition)?

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(Definition) Carbonfasern sind großtechnisch hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch Pyrolyse in eine spezielle Kohlenstoffstruktur mit hoher Zugfestigkeit umgewandelt werden.

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Welche Pecharten werden am häufigsten für die Carbonfaserherstellung eingesetzt?

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  • Isotropes Pech (direkt schmelzgesponnen)
  • Mesophasenpech (Flüssigkristallphase durch Umwandlung des isotropen Peches und anschließend schmelzgesponnen)
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Was sind dampfgewachsene (Vapor Grown) Carbonfasern?

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Vapor Grown Fasern sind Kurzfasern, die aus der Gasphase hergestellt werden, indem Kohlenwasserstoffgas auf einem erhitzten Substrat in Gegenwart eines katalytischen Übergangsmetalls (Fe, Ni, Co) zersetzt wird. Dadurch entstehen diskontinuierliche Fasern mit Durchmessern von 1 bis 100 µm und einer Länge bis zu einigen hundert Millimetern.

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Was ist das Ziel bei der Stabilisierung von PAN-Fasern und wie funktioniert diese?

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Irreversible thermische Stabilisierung unter Sauerstoffatmosphäre bei 220 bis 280° C --> Faser wird unbrennbar und unschmelzbar

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Wie kann die Festigkeit der orientierten Graphitstruktur erhöht werden?

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Durch Hybridisierung können Doppel- und Dreifachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen ausgebildet werden, was die Festigkeit zusätzlich erhöht
 (612 kJ bei Doppelbindungen, 838 kJ/mol bei Dreifachbindungen)


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Welche oxidativen Methoden werden zur Oberflächenbehandlung (Surface Treatment) von Carbonfasern eingesetzt?

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- Anionische Oxidation --> Elektrolyse (am meisten eingesetzt)
- Nassoxidation (chemisch)
- Trockenoxidation (chemisch)

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Welche Methoden zur Schlichteaufbringung bei Carbonfasern gibt es?

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- Abscheidung aus der Dispersion eines Polymers (am häufigsten)

- Galvanische Abscheidung von Polymer auf der Faseroberfläche

- Elektropolymerisation von Polymer auf Faseroberfläche

- Plasmapolymerisation

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Was sind die Vor- und Nachteile von Kohlefasern?

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Vorteile

Nachteile

+ Hoher E-Modul

+ Gute thermische Stabilität (in Abwesenheit von O2)

+ Hohe Wärmeleitfähigkeit

+ Hohe Festigkeit 

+ Sehr gute Kriechfestigkeit

+ Keine signifikanten Probleme durch das Einatmen von Filamenten

- Hohe Kosten

- Geringe Dehnung bis zum Versagen

- Oxidation bei Temperaturen > 450 ° C.


Weitere Materialeigenschaften:

- Geringe Dichte (1,74 bis 1,9 [g/cm3])

- Negativer thermischer Ausdehnungskoeffizient (-0,5 bis -1,1 ]10-6/°C])

- Anisotropes Materialverhalten

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Wie unterscheiden sich leichte und schwere Carbonfasertaus und wo werden sie eingesetzt?

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Leichtes Tau: 

- 1-12k: Luft- und Raumfahrt

- 12-24k: Sport und Freizeit


Schweres Tau: 

- 50-320k

- Für Maschinenbau und Industrie

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Was ist eine Polymerverbindung?

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TESTE DEIN WISSEN

Eine Mischung von Polymeren, die aus derselben Wiederholungseinheit bestehen, jedoch mit unterschiedlichem Polymerisationsgrad


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Aus wie vielen Einzelfasern besteht ein Kohlefasertau?

A:

Aus 1.000 bis 50.000 Einzelfasern

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Was sind Kohlefasern (Definition)?

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(Definition) Carbonfasern sind großtechnisch hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch Pyrolyse in eine spezielle Kohlenstoffstruktur mit hoher Zugfestigkeit umgewandelt werden.

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Welche Pecharten werden am häufigsten für die Carbonfaserherstellung eingesetzt?

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  • Isotropes Pech (direkt schmelzgesponnen)
  • Mesophasenpech (Flüssigkristallphase durch Umwandlung des isotropen Peches und anschließend schmelzgesponnen)
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Was sind dampfgewachsene (Vapor Grown) Carbonfasern?

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Vapor Grown Fasern sind Kurzfasern, die aus der Gasphase hergestellt werden, indem Kohlenwasserstoffgas auf einem erhitzten Substrat in Gegenwart eines katalytischen Übergangsmetalls (Fe, Ni, Co) zersetzt wird. Dadurch entstehen diskontinuierliche Fasern mit Durchmessern von 1 bis 100 µm und einer Länge bis zu einigen hundert Millimetern.

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Was ist das Ziel bei der Stabilisierung von PAN-Fasern und wie funktioniert diese?

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Irreversible thermische Stabilisierung unter Sauerstoffatmosphäre bei 220 bis 280° C --> Faser wird unbrennbar und unschmelzbar

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Wie kann die Festigkeit der orientierten Graphitstruktur erhöht werden?

A:

Durch Hybridisierung können Doppel- und Dreifachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen ausgebildet werden, was die Festigkeit zusätzlich erhöht
 (612 kJ bei Doppelbindungen, 838 kJ/mol bei Dreifachbindungen)


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Welche oxidativen Methoden werden zur Oberflächenbehandlung (Surface Treatment) von Carbonfasern eingesetzt?

A:

- Anionische Oxidation --> Elektrolyse (am meisten eingesetzt)
- Nassoxidation (chemisch)
- Trockenoxidation (chemisch)

Q:

Welche Methoden zur Schlichteaufbringung bei Carbonfasern gibt es?

A:


- Abscheidung aus der Dispersion eines Polymers (am häufigsten)

- Galvanische Abscheidung von Polymer auf der Faseroberfläche

- Elektropolymerisation von Polymer auf Faseroberfläche

- Plasmapolymerisation

Q:

Was sind die Vor- und Nachteile von Kohlefasern?

A:

Vorteile

Nachteile

+ Hoher E-Modul

+ Gute thermische Stabilität (in Abwesenheit von O2)

+ Hohe Wärmeleitfähigkeit

+ Hohe Festigkeit 

+ Sehr gute Kriechfestigkeit

+ Keine signifikanten Probleme durch das Einatmen von Filamenten

- Hohe Kosten

- Geringe Dehnung bis zum Versagen

- Oxidation bei Temperaturen > 450 ° C.


Weitere Materialeigenschaften:

- Geringe Dichte (1,74 bis 1,9 [g/cm3])

- Negativer thermischer Ausdehnungskoeffizient (-0,5 bis -1,1 ]10-6/°C])

- Anisotropes Materialverhalten

Q:

Wie unterscheiden sich leichte und schwere Carbonfasertaus und wo werden sie eingesetzt?

A:

Leichtes Tau: 

- 1-12k: Luft- und Raumfahrt

- 12-24k: Sport und Freizeit


Schweres Tau: 

- 50-320k

- Für Maschinenbau und Industrie

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Was ist eine Polymerverbindung?

A:

Eine Mischung von Polymeren, die aus derselben Wiederholungseinheit bestehen, jedoch mit unterschiedlichem Polymerisationsgrad


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