Verbundwerkstoffe an der TU München

Karteikarten und Zusammenfassungen für Verbundwerkstoffe an der TU München

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Geben Sie die Rohmaterialien für Glasfasern an.

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Aus wie vielen Einzelfasern besteht ein Kohlefasertau?

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Was sind Kohlefasern (Definition)?

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Welche Pecharten werden am häufigsten für die Carbonfaserherstellung eingesetzt?

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Was sind dampfgewachsene (Vapor Grown) Carbonfasern?

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

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Wie kann die Festigkeit der orientierten Graphitstruktur erhöht werden?

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

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Welche Methoden zur Schlichteaufbringung bei Carbonfasern gibt es?

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Was sind die Vor- und Nachteile von Kohlefasern?

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

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Was ist eine Polymerverbindung?

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Verbundwerkstoffe

Geben Sie die Rohmaterialien für Glasfasern an.

  • Kieselerde/Quarz
  • Kalkstein
  • Porzellanerde (Kaolin)
  • Zusätze (für spezielle Eigenschaften)

Verbundwerkstoffe

Aus wie vielen Einzelfasern besteht ein Kohlefasertau?

Aus 1.000 bis 50.000 Einzelfasern

Verbundwerkstoffe

Was sind Kohlefasern (Definition)?

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

Verbundwerkstoffe

Welche Pecharten werden am häufigsten für die Carbonfaserherstellung eingesetzt?

  • Isotropes Pech (direkt schmelzgesponnen)
  • Mesophasenpech (Flüssigkristallphase durch Umwandlung des isotropen Peches und anschließend schmelzgesponnen)

Verbundwerkstoffe

Was sind dampfgewachsene (Vapor Grown) Carbonfasern?

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.

Verbundwerkstoffe

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


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

Verbundwerkstoffe

Wie kann die Festigkeit der orientierten Graphitstruktur erhöht werden?

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?

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

Verbundwerkstoffe

Welche Methoden zur Schlichteaufbringung bei Carbonfasern gibt es?


- Abscheidung aus der Dispersion eines Polymers (am häufigsten)

- Galvanische Abscheidung von Polymer auf der Faseroberfläche

- Elektropolymerisation von Polymer auf Faseroberfläche

- Plasmapolymerisation

Verbundwerkstoffe

Was sind die Vor- und Nachteile von Kohlefasern?

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

Verbundwerkstoffe

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

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?

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


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