Hoe duurzaam is koolstofvezel?

Koolstofvezel is sterker dan staal, lichter dan glasvezel en stijver dan aluminium. Maar is het duurzaam? Veel factoren dragen bij aan de duurzaamheid van een materiaal. Hier is een blik op hoe goed koolstofvezel bestand is tegen slijtage in de loop van de tijd.

GERELATEERD :Wat is koolstofvezel?

In dit artikel:

1. Kan koolstofvezel roesten?
2. Kan koolstofvezel breken?
3. Beïnvloeden weersomstandigheden de duurzaamheid van koolstofvezel?
4. Kan koolstofvezel hitte weerstaan?
5. Is koolstofvezel kogelvrij?

Kan koolstofvezel roesten?

Koolstofvezel is chemisch stabiel, corrosiebestendig en roest niet. Daarom werkt het goed in ruwe omgevingen. Maar sterke oxidatiemiddelen, zoals waterstofperoxide of zwavelzuur, kunnen het beïnvloeden.

Evenzo is epoxyhars inert en zal niet roesten of corroderen. Hij is wel gevoelig voor zonlicht. Bedek koolstofvezelcomposieten dus met een UV-bestendige afwerking om langdurige schade door zonlicht te voorkomen.

Het is vermeldenswaard dat koolstofvezelcomposieten galvanische corrosie kunnen veroorzaken wanneer ze in contact komen met sommige metalen. Hoewel het op korte termijn niet zal leiden tot duidelijke oppervlaktecorrosie, tellen corrosieproducten op en leiden ze na verloop van tijd tot schade. Gelukkig zijn hiervoor specifieke voorwaarden nodig en bieden sommige coatings bescherming.

Kan koolstofvezel breken?

Het korte antwoord is ja. Elk materiaal kan falen, maar het is een beetje ingewikkelder dan dat. Veel factoren, zoals het productieproces, ontwerp en gebruik, zijn van invloed op de duurzaamheid.

Er kunnen zich bijvoorbeeld gaten vormen en de kans is groter dat de hars barst als de fabrikant de hars ongelijkmatig aanbrengt of niet genoeg gebruikt. Na verloop van tijd kunnen deze kleine scheurtjes zich uitbreiden totdat ze breken. Zelfs een kleine impact kan uiteindelijk leiden tot falen.

De oriëntatie van de vezels en de vezellagen heeft ook een significant effect op de vermoeidheidsweerstand. Net als het soort kracht dat je uitoefent. Compressie-, schuif- en trekkrachten veroorzaken verschillende soorten storingen.

De geweven vezel in een 0° layup heeft minder torsiesterkte dan bijvoorbeeld bij 45°. Het kan dus breken als je het draait.

Het komt erop neer dat als je voor een bepaald onderdeel onder de belastingsdrempel blijft, het niet snel kapot gaat.

Houd er ook rekening mee dat het moeilijk is om tekenen van schade te detecteren die wijzen op een dreigend defect. En in tegenstelling tot andere materialen die buigen of knikken, kan koolstofvezel, wanneer het faalt, spectaculair falen en versplinteren.

GERELATEERD :Wat is gesmede koolstofvezel? De ultieme gids voor vervalste composieten

Beïnvloeden weersomstandigheden de duurzaamheid van koolstofvezel?

Koolstofvezel heeft een lage thermische uitzetting. Zijn vorm, oppervlakte, volume of dichtheid verandert dus niet veel als reactie op temperatuurveranderingen. Dat betekent niet dat het op de lange termijn immuun is voor de weersinvloeden. Studies hebben aangetoond dat combinaties van weersomstandigheden verschillende effecten kunnen hebben op koolstofvezel in verschillende omgevingen.

Bevries-ontdooicycli

De Civil Engineering Research Foundation identificeerde vries-dooicycli als een mogelijke bedreiging voor de duurzaamheid van koolstofvezel. Bovendien ontdekten ze dat vries-dooi-omstandigheden koolstofvezelversterkt beton meer aantasten in zout water.

Het is niet noodzakelijk de koolstofvezel die zijn integriteit verliest, maar eerder microscheurtjes die zich in de matrix vormen en de vezel/matrix loslaat. En de effecten zijn deels omdat de structurele lijm niet zo geavanceerd is als andere toepassingen van koolstofvezel.

Ten slotte vond een ander onderzoek, ondanks deze effecten, dat met koolstofvezel versterkt beton duurzamer was dan standaardbeton.

Hygrothermische veroudering

Hygrothermische veroudering kan in sommige toepassingen een impact hebben op de duurzaamheid van koolstofvezel, maar in andere niet.

Wat is hygrothermische veroudering? Hygrothermische veroudering verwijst naar een combinatie van warmte en vocht en welk effect dit heeft op een structuur.

Langdurige blootstelling aan hitte en vocht heeft mogelijk weinig effect op de buigsterkte van koolstofvezel. Maar onder aanhoudende belasting en in aanwezigheid van zout water neemt de treksterkte af tussen 7% en 12%.

Nat-droog cycli

Een studie toont aan dat nat-droog cycli een significant negatief effect kunnen hebben op de treksterkte. Na 4000 nat-droog cycli neemt de faalkans aanzienlijk toe.

Het heeft daarentegen een beperkte invloed op de vervorming van koolstofvezel.

UV-blootstelling en condensatie

UV-straling en condensatie werken op een synergetische manier die erosie van de epoxymatrix veroorzaakt, maar het tast de koolstofvezel niet aan. De epoxy-erosie kan uiteindelijk de treksterkte tot 29% verminderen en leiden tot minder duurzaamheid.

Zoals eerder vermeld, helpt een UV-bestendige afwerking koolstofvezelcomposieten te beschermen.

Over het algemeen hebben weersomstandigheden invloed op koolstofvezel. Maar de effecten zijn afhankelijk van hoe je het gebruikt. Zo hebben weersomstandigheden een grotere impact op gebouwen met koolstofvezel dan een fietsframe van koolstof.

Kan koolstofvezel hitte weerstaan?

Koolstofvezels zijn bestand tegen hitte. Maar koolstofvezel wordt meestal gebruikt in een matrix zoals beton, plastic of epoxy, wat de hittetolerantie kan beperken. Met andere woorden, de matrix speelt een grotere rol bij de vraag of een onderdeel van koolstofvezel hitte kan weerstaan ​​dan de vezel alleen.

Sommige epoxy's zijn bijvoorbeeld bestand tegen temperaturen tot 100 (212 ℉), terwijl koolstofvezelversterkte koolstofmatrixcomposiet temperaturen boven 2000 ℃ (3632 ) kan verdragen.

Is koolstofvezel kogelvrij?

In theorie zou koolstofvezel een kogel kunnen stoppen, maar Kevlar® of een andere aramidevezel heeft meer flexibiliteit en slagvastheid. Bovendien is Kevlar® een meer kosteneffectieve optie voor kogelvrije bepantsering.

Koolstofvezel biedt wel een hoge mate van bescherming tegen sommige voorwerpen. Je zult vaak zien dat coureurs het gebruiken voor bescherming omdat het de impact van krachten verspreidt. Maar als het op kogels aankomt, heb je veel lagen nodig om het te stoppen.

Bekijk deze video om te zien hoe koolstofvezelcomposiet het opneemt tegen kogels.

Koolstof nanobuisjes zijn echter wel bestand tegen kogels. Nanobuisjes bestaan ​​uit koolstofatomen die in zich herhalende hexagonale patronen zijn verbonden om een ​​holle cilinder te creëren. Deze nanobuisjes kunnen de energie van ballistische raketten beter absorberen dan koolstofvezel en in sommige gevallen zelfs Kevlar®.

In de meest basale vorm is koolstofvezel koolstofgrafiet, dat vrijwel eeuwig meegaat. Het materiaal is doorgaans niet foto-afbreekbaar of biologisch afbreekbaar. Sommige factoren zijn echter van invloed op de duurzaamheid, zoals de matrix. Bovendien kunnen het intensieve gebruik van composieten en omgevingsfactoren de duurzaamheid en potentiële toepassingen beïnvloeden. Over het algemeen verwachten wetenschappers dat koolstofvezelonderdelen meer dan 50 jaar meegaan.

We zoeken, ontwerpen, ontwikkelen en beheren unieke en hoogwaardige producten gemaakt van koolstofvezel en andere geavanceerde composietmaterialen. Neem contact met ons op of bezoek onze website voor meer informatie.

Volgende: