Rostet Kohlefaser? | Supreem Carbon Expertenratgeber

Die Haltbarkeit von Carbonfasern entschlüsseln: Rostet sie? Erkenntnisse für die Beschaffung in der Industrie

Rostet Kohlefaser tatsächlich wie Metall?

Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dassKohlefaserKohlenstofffasern können als Werkstoff genauso rosten wie Metalle wie Stahl oder Eisen. Die eindeutige Antwort lautet: Nein, Kohlenstofffasern selbst rosten nicht. Rost ist eine spezifische Form der Korrosion, die Eisen und seine Legierungen befällt und durch die elektrochemische Reaktion zwischen Eisen, Sauerstoff und Wasser entsteht. Kohlenstofffasern bestehen fast ausschließlich aus Kohlenstoffatomen, die von Natur aus inert sind und diesen Oxidationsprozess nicht durchlaufen. Sie sind sehr beständig gegen die meisten Chemikalien, Säuren und Basen. Obwohl Kohlenstofffasern stabil bleiben, ist es wichtig zu verstehen, dassCarbonfaserteilesind Verbundwerkstoffe, d. h. Kohlenstofffasern sind in eine Harzmatrix (z. B. Epoxidharz, Vinylester) eingebettet. Diese Harzmatrix kann im Laufe der Zeit durch Faktoren wie UV-Strahlung oder bestimmte chemische Einflüsse beschädigt werden. Dies unterscheidet sich jedoch von Rost.

Wie wirkt sich Feuchtigkeit auf Kohlefaserverbundwerkstoffe aus?

Kohlefaserverbundwerkstoffe weisen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Wasser und Feuchtigkeit auf. Im Gegensatz zu Metallen, die oxidieren können, sind Kohlefasern selbst hydrophob. Die zum Binden der Fasern verwendete Harzmatrix kann jedoch bei längerer Einwirkung, insbesondere in feuchten oder heiß-nassen Umgebungen, einen geringen Prozentsatz an Feuchtigkeit aufnehmen. Epoxidharze können beispielsweise 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Feuchtigkeit aufnehmen. Diese Feuchtigkeitsaufnahme kann zu einer leichten Verringerung bestimmter mechanischer Eigenschaften führen, wie z. B. der interlaminaren Scherfestigkeit oder der heiß-nassen Druckfestigkeit, typischerweise um 10–20 %. Dies ist oft auf die Plastifizierung des Harzes zurückzuführen, wodurch es etwas weicher wird. Wichtig ist, dass dieser Prozess weder Rost noch eine irreversible chemische Zersetzung der Fasern mit sich bringt und nach dem Trocknen oft reversibel ist. Langfristige Einwirkung von hohen Temperaturen und Feuchtigkeit kann jedoch zu dauerhafteren Veränderungen der Harzeigenschaften führen.

Das kritische Problem: Galvanische Korrosion bei Metallen

Obwohl Kohlefaser selbst nicht rostet, stellt die galvanische Korrosion ein erhebliches Problem für Industrieanwender dar, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt und der Automobilindustrie. Kohlefaser ist elektrisch leitfähig und besitzt ein edles (kathodisches) elektrochemisches Potenzial, ähnlich wie Graphit oder Platin. Kommt Kohlefaser in direktem Kontakt mit einem unedleren (anodischen) Metall – wie Aluminiumlegierungen, Weichstahl oder Messing – in Gegenwart eines Elektrolyten (wie Salzwasser, Kondenswasser oder sogar hoher Luftfeuchtigkeit), entsteht eine galvanische Verbindung. Dies beschleunigt die Korrosion des unedleren Metalls. Beispielsweise kann Aluminium, das aufgrund seines geringen Gewichts häufig verwendet wird, in direktem Kontakt mit Kohlefaser in feuchter Umgebung schnell korrodieren. Um dies zu verhindern, ist eine ordnungsgemäße elektrische Isolierung unerlässlich. Dies kann durch dielektrische Barrieren (z. B. Glasfaserlagen, nichtleitende Unterlegscheiben, spezielle Isolierbeschichtungen oder Grundierungen oder sogar spezielle Sorten leitfähigen Epoxids mit Korrosionsinhibitoren) zwischen der Kohlefaser und den Metallkomponenten erreicht werden. Wird dies ignoriert, kann dies zum vorzeitigen Ausfall metallischer Verbindungselemente oder Strukturelemente führen.

Allgemeine Haltbarkeit und Lebensdauer von Kohlefasern verstehen

Kohlefaserverbundwerkstoffe werden für ihre außergewöhnliche Haltbarkeit geschätzt, zeichnen sich durch ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit aus. Ihre Lebensdauer in industriellen Anwendungen kann sehr lang sein und übertrifft oft die vieler herkömmlicher Materialien, vorausgesetzt, sie werden für ihre spezifische Umgebung richtig konstruiert und hergestellt. Die tatsächliche Haltbarkeit einesKohlefaserteilDie Lebensdauer hängt von mehreren Faktoren ab, die über die Fasern hinausgehen: der Wahl des Harzsystems (seine Beständigkeit gegen UV-Strahlung, Temperatur und Chemikalien), der Fertigungsqualität (Hohlraumgehalt, Faserausrichtung), dem Auftragen von Schutzbeschichtungen (insbesondere UV-beständigen Klarlacken zur Verhinderung von Harzabbau) und der Widerstandsfähigkeit gegen Aufprallschäden (die zu Delamination führen können). Beispielsweise sind Kohlefaserkomponenten in der Luft- und Raumfahrt auf eine jahrzehntelange Lebensdauer ausgelegt, während die Lebensdauer von Wettkampfsportgeräten aufgrund extremer Belastungen oder direkter Aufpralleinwirkung kürzer sein kann. Das Verständnis der spezifischen Anforderungen der Betriebsumgebung ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Verbundsystems und die Vorhersage seiner Lebensdauer.

Best Practices für die Wartung von Kohlefaserteilen in industriellen Anwendungen

Die Wartung von Kohlefaserteilen im industriellen Umfeld erfordert in der Regel einfache Maßnahmen, um deren Integrität und Leistungsfähigkeit zu erhalten. Regelmäßige Sichtprüfungen sind unerlässlich, insbesondere auf Anzeichen von Delamination (Schichtablösung), Rissen oder Aufprallschäden, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen können. Die Reinigung sollte mit milder Seife und Wasser erfolgen. Vermeiden Sie scharfe Scheuermittel oder starke Lösungsmittel, die das Harz oder schützende Klarlacke angreifen könnten. Bei UV-belasteten Teilen ist das Vorhandensein und die Integrität eines UV-stabilen Klarlacks unerlässlich, um Vergilbung und Versprödung des Harzes zu verhindern. Bei Anwendungen, bei denen Kohlefaser mit Metallkomponenten verbunden wird, ist eine regelmäßige Überprüfung der dielektrischen Barrieren unerlässlich, um sicherzustellen, dass diese intakt bleiben und galvanische Korrosion wirksam verhindern. Beachten Sie stets die spezifischen Empfehlungen des Herstellers zu Reinigung, Lagerung und Reparatur, da diese je nach Harzsystem und Anwendung variieren können. Proaktive Wartung und korrekte Installation sind entscheidend für die maximale Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Kohlefaserkomponenten.