Reißfestigkeit von CFC (rechen-thread)

[verlierer]

so, den ganzen tag rumgerechnet..
War ja klar, dass im Ausgangsthread nur Leute rumlabern (rumtrollen),
die selber nichts vorrechnen können.

In diesem thread BITTE nur Antworten,
die relevante Zahlen (oder links auf diese) vorweisen.

In diesem thread BITTE nur Antworten,
die relevante Zahlen (oder links auf diese) vorweisen.

Und wer meinen Rechnungen nicht folgen kann
der möge bitte eigenen Thread über 25bar Autoklaven aus Carbon eröffnen :-)



Danke an Hans und Stefan :-)

Der pdf-link von Hans
http://shop.r-g.de/out/media/td_de_Vergleichsdaten Kohlenstofffasern .pdf
deckt sich sehr gut mit dem pdf-link
http://wiki.r-g.de/index.php?title=D...G_Handbuch.pdf
von Stefan:

1.
Physikalische Eigenschaften verschiedener Fasern (Seite 134)

Werkstoff: Kohlenstoff
Zugfestigkeit GPa: 2,4 - 7,0
Dichte g/cm3: 1,7 - 1,9

Werkstoff: Glas
Zugfestigkeit GPa: 2,6
Dichte g/cm3: 1,8 - 1,9

2.
Gängige Fasertypen (Seite 163ff)

Tenax HT-Faser (Tenax HTS und HTA)
Dichte (g/cm3) 1,77
Zugfestigkeit (MPa) 3950 (HTS: 4300)

Tenax UM-Faser (Tenax UMS)
Dichte (g/cm3) 1,78
Zugfestigkeit (MPa) 4560

Torayc T 300 / T300J
Dichte (g/cm3 ) 1,76 / 1,78
Zugfestigkeit (MPa) 3530 / 4210

Sumitomo Dialead K63712 (UD-Gelege, 250g/m2)
Dichte (g/cm3) 2,12
Zugfestigkeit (MPa) 2600



Beide pdf's betreffen 100% Faseranteil

Wobei mit "Faser" anscheinend immer ein "Roving" gemeint ist.
(welches zB aus 3000 Filamenten (3K-Roving) bestehen kann.)

Anhand der theoretischen 100% Dichte in g/cm3 (1,8 g/cm3)
und dem Gewicht einer Faser/Roving in g/km (zB. 1610tex = 1610g/km)
lässt sich die Anzahl der Rovings bestimmen. (also wie oft ich meinen Autoklav umwickeln müsste.)

Man geht also von der benötigten Zugkraft aus
und erhält über die Zugfestigkeit von 100% Dichte den benötigten Querschnitt.
Den braucht man dann nur noch durch den Querschnitt einer Faser teilen :-)

Im Beispiel von Seite 83 fällt ein Wert für die Biegebruchspannung vom himmel,
aus welchem sich der benötigte Querschnitt ergibt.
Dieser ist aber wohl auf das fertige Laminat bezogen,
und darum enthält der benötigte Querschnitt nur 54% Faseranteil.

Alle Fachleute hier werde ja wohl dieses "Handbuch" gelesen und verstanden haben :-)

Macht Sinn, dass bei Biegebruch der Verbundwerkstoff betrachtet werden muss.
Für meinen Fall der Reissfestigkeit kann man wohl direkt von den obigen Zugfestigkeiten ausgehen und braucht keine Kennwerte für das gesammte CFK.


Für meinen 10cm Durchmesser Kugelautoklav hab ich ja die nötige Kraft welche zwei Hälften zusammenhalten kann mit 25 x 79kg = 19750 N (=2tonnen) abgeschätzt (25bar, siehe erstes posting)

ich gehe von 2 GPa = 2000 MPa = 2000 N/mm2 für 100% Fasermaterial aus.
(Also 1 mm2 kann 2000 Newton (200kg) halten, tolles zeug.)
Die beiden gedachten Kugelhälften müssen also mit
19750 / 2000 = 9,875 mm2 = 0,09875 cm2 Kohlestofffaser zusammengehalten werden.

Das wären elf 1610tex Fasern (siehe Handbuch Seite 83) :-)
(eine 1610tex hat zirka 1mm2, hält also 200kg => 10 Fasern halten 2 tonnen, das passt also.)

Eine 1610tex-Faser wiegt 1610 g/km = 1,61 g/m
Damit wiegen die nötigen 11 Fasern 17,71 g pro meter

Bei einem 200g/m2 Körpergewebe laufen 100g/m2 in eine Richtung.
Es wird also ein 17,71 / 100 = 0,1771 ter Teil von einem Meter Gewebe benötigt.
Ein 17,71cm breiter Streifen 200g Körpergewebe hält also auch die 2tonnen, woww!

Der Umfang der Kugel (Schnittlinie der zwei gedachten Kugelhälften) betägt 31,4cm.
Demnach würde eine einzige Lage 100g Körpergewebe ausreichen !

Da die Kraft von 2tonnen symmetrich in jede Richtung wirkt,
sollte eine zweite Lage diagonal verlaufen.

Vergleich:
Das ist nur 1/8 des Gewebes, wie ich sie im ersten Post abgeschätzt habe.
Allerdings betrug die Kennzahl von Yeti aus dem Jahr 2002 mit 200 N/mm2
auch nur ein 1/10 dessen, was heutige Kohlefasern aushalten sollen.
Auch enthält der Querschnitt der 200N/mm2 mindestens die Hälfte Harz.

Im Handbuch finden sich auch Werte für Verbundstoffe:

3.
Festigkeitswerte von Gewebe-Laminaten (Seite 149, Quelle: CS-Interglas)

Kohlenstoff (Faseranteil 50 Vol.%)
Zugfestigkeit bidirektional MPa 560 - 650
Zugfestigkeit unidirektional MPa 950 - 1100
Druckfestigkeit bidirektional MPa 450 - 520
Druckfestigkeit unidirektional MPa 600 - 800

Glas (Faseranteil 43 Vol.%)
Zugfestigkeit bidirektional MPa 330 - 400
Zugfestigkeit unidirektional MPa 590 - 680
Druckfestigkeit bidirektional MPa 310 - 440
Druckfestigkeit unidirektional MPa 480 - 600

4.
Vergleichswerte (Seite 166)

Typische Kennwerte
GFK (Quasiisotrop):
Dichte g/cm3 2,1
Zugfestigkeit MPa 720
CFK (Quasiisotrop):
Dichte g/cm3 1,5
Zugfestigkeit MPa 900
Kiefernholz:
Dichte g/cm3 0,5
Zugfestigkeit MPa 100
Dural-Alu:
Dichte g/cm3 2,8
Zugfestigkeit MPa 350
Stahl:
Dichte g/cm3 7,8
Zugfestigkeit MPa 1100

Die 900 MPa bzw. 560-650 MPa scheinen den Fortschritt seit 2002 widerzuspiegeln.
Berücksichtigt man nur die 50% Faseranteil dieser Kennwerte,
dann sind meine 2000MPa für 100% Faseranteil plausibel.

Ich muss ja eh 2 200g Lagen diagonal verlegen
und weil es für gute Drapierbarkeit nur so 5cm breite Streifen sind
kommen am Ende bestimmt 4 Lagen raus :-)


Als Vergleich nun noch der Rechenweg für Laminat nach dem Beispiel von Seite 84ff

Statt der geringeren Schubbruchspannung von 114 N/mm2 (fällt da vom himmel)
werden 500 MPa = 500 N/mm2 angesetzt (Tabelle 3.)

Es ergibt sich also für 19750 N ein Laminatquerschnitt von 19750 / 500 = 39,5 mm2

Bei der Kugel verteilen sich die 19750 N auf 314mm Umfang,
es wird also eine Laminathöhe von 39,5 / 314 = 0,126 mm benötigt.

Für alle Formelidioten (siehe Seite 85):
Lagenstärke x Faservolumenanteil = Flächengewicht / Faserdichte

Mit 35% Faservolumenanteil ergibt sich

Lagenstärke = 200/10000 g/cm2 / 1,8 g/cm3 / 0,35 = 0,032cm = 0,32 mm

Es müssen also mit 3 Lagen 200 g/m2 Körpergewebe beschichtet werden.


Das ist rund der 6fache Wert von der direkten Berechnung über Faserstärken :-/

Aber wenn nach Hans eine 200g Laminat doch 0,33mm hat,
dann wickel ich gerne 6 Lagen zu einem 2mm dicken Autoklav übereinander :-)



Ich sagte ja schon, dass ich nicht gerne in öffentlichen foren schreibe.
meist löse ich die problem dann doch selbst
weil alle anderen höchstens formeln auswendig gelernt haben.

Nochmal die Problemstellung:

Wie oft muss eine 10cm Kugel mit 200g CFK Körper beschichtet werden, damit sie 25bar aushält.
Oder vereinfacht:
Wie oft muss ein 30cm breites Laminat mit 200g CFK Körper berschichtet werden, damit es 2tonnen hält.

Wer letzter Formulierung nicht lösen kann,
sollte sich hier nicht als Fachmann hinstellen.

roland,
Phyisker

Ideen immer zu mir :-)
Ausreden woanders hin :-(

 

[verlierer]

der "rechen-thread" muss wohl "rechnen-thread" heissen ;-)
oder "mathe-thread" oder "physik-thread", notfalls auch "technik-thread".
aber über "technik" kann man auch nur labern
doch das bitte hier.
roland,
dankeschön.

edit:

Ah es gibt ja das Wort "Rechenzentrum" :-)
In dem werden ja wohl auch nicht mit einem "Rechen" die Gartenbeete gerecht.
Dann ist "Rechen-Thread" wohl doch rechtes deutsch, freu :-)

 

[taeniura]

erklär doch bitte nochmal den späteren Einsatzzweck von deinem cfc.

 

[verlierer]

nein nein :-)
Weihnachten ist erst wenn der Rechen-Thread erfolgreich abgeschlossen ist, *liebwink :-)*

 

[verlierer]

Roland, mache dir nichts draus aus den Leuten, die sich hier über dich lustig machen. Alle großen Entdecker dieser Welt wurden anfangs ausgelacht. Ohne Galilei beispielsweise würden wir immer noch auf einer Scheibe leben, und die Psychologen würden sich eine goldene Nase an den Leuten verdienen, die Angst haben über den Rand zu fallen!

Und bald haben wir dank dir eine bessere Welt, die wir uns aus Thermoskannen, Dachpappe und 1-2 Lagen 200er Kohlegewebe selbst bauen können. Danke!

Ja genau :-)
Wenn das Ding funktionieren würde, könnte es in der Tat die Welt revolutionieren, *hi hi :-)*

Ich tu das aber nicht für Euch, sondern einfach nur für mich.
roland :-)
"Ironie verletzt, weil sie einem im Moment der Erkenntis - alleine läßt"

 

[verlierer]

..und 1-2 Lagen 200er Kohlegewebe selbst bauen können. Danke!

Da liegt auch ein tieferes Verständnis verborgen :-)
Ich mag nämlich diese giftigen Chemieharze gar nicht mehr..

Und Kohle ist so wunderbar biologisch :-)

Dazu mir heut eingefallen ist, dass man mit meinem Pyrolyseprozess vieleicht sogar die HT-Kohlefasern selbst herstellen könnnte!

Also man startet mit aus Pech gesponnen Fasern, die um ein Blechpositiv gewickelt werden.. Die werden dann bei 900°C pyrolisiert. Anschliessend wird das Blechpositiv auf viel höhere Temperaturen erhitzt. Da Stahl einen recht großen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, und Kohlenstofffassern einen leicht negativen..würden die einfachen Kohlefasern unter Zugspannung gesetzt, und dann oberhalb 1800°C in HT-Fasern umgewandelt (oder so, is ja hier nur laber-thread).

Problem ist halt, dass bei 1500°C das Metall schmilzt.
Das Thermogefäß könnte man wohl noch mit Schamott auskleiden.
Porzellan für das Kugelpositiv hat zwar immer noch einen positiven Ausdehnungskoeffizienten von 3, aber Stahl halt bis zu 16

roland
und die ersten beiden regeln lauten: "sprich immer ja."

 

[Hydrofoil]

Mit dem schmelzen des Metalles...man könnte ja zwei Kugel ineinander bauen,, wobei im Spalt dazwischen gekühlt wird. Da eh inertgas nur in Frage kommt, kann man ja gleich gekühlten Stickstoff nehmen. An der innenseite der Kugel kann man auch eine Art Filmcooling wie bei den Turbinenscheifeln von Gasturbinen machen. Die werden auch weit über dem Schmelzpunkt von Stahl heute gefahren, dank Coating+Filmcooling+innere Kühlung.

Allerdings müsstest bei der ganzen Sache der Kühlung die Temperaturgradienten mit reinrechnen, nicht das du auf die Idee kommst nach dem heizen das ding einfach auszuschalten.....dann knisterts schön und alles bekommt Risse mit der Zeit durch Low-cykle-Fatique.

Grüße
Robert

 

[FamZim]

Hi

Ich lese hier immer Kühlproblem ??????????
Das ist sicher eher ein Heizproblem um die 250 Grad zu halten !
In 10 cm Durchmesser geht ja nicht viel rein, na gut bei 25 Bar das 25 fache ! wenn es komprimierbar ist!
Der Inhalt soll sicher auch mal ausgetauscht werden, was ein Öffnen oder kontinuierlichen Zu- und Abfluß erfordert.
Eine Isolierung ausserhalb, soll ja keine Festigkeit bringen, nur die Wärmeverluste reduzieren .
Die beste Druckfestigkeit ergibt wohl eine Umwicklung mit durchgehenden Fäden, da keine Verklebung auf Zug belastet wird, sondern nur auf abdichten!
Bau dann schon mal eine 3 D Wickelmaschine !!

Gruß Aloys.

 

[verlierer]

Hi
Ich lese hier immer Kühlproblem ??????????
..
Der Inhalt soll sicher auch mal ausgetauscht werden, was ein Öffnen oder kontinuierlichen Zu- und Abfluß erfordert.
..
Die beste Druckfestigkeit ergibt wohl eine Umwicklung mit durchgehenden Fäden, da keine Verklebung auf Zug belastet wird, sondern nur auf abdichten!
Bau dann schon mal eine 3 D Wickelmaschine !!
Gruß Aloys.

Bei dem Kühlproblem ging es um das Selbstherstellen von HT-fasern bei so 3000°C. Da mein Autoklav nur ein Überdruckverntil haben soll, könnte man bei 3000°C auch Gas reinpressen und Kohlenstoff so unter Spannung setzen :-)
Is aber nur Spinnerei, HT-Fasern kauf ich gern.

Ja selber wickeln wär wohl die sparsamste methode. Allerdings scheinen mir einzelne Fasern weit teurer als b-ware matten, hab gestern 590g gelege für 10 euro dem qm ersteigert..
Ausserdem muss ich noch an den Verschlussmechanismus denken, der sich unter druck selbst abdichten wird.. Wenn ich mit gewebe arbeite, kann ich das umklappen und so zwei kugelhälften herstellen, die ineinandergreifen. bei druck dichtet das dann ab, ohne druck kann mein eine hälfte um 90° kippen und rausziehen. wobei die halbkugel dazu so 1-2mm elastisch sein müssten. könnte durchaus sein, das 2mm CFC so hart wie keramik ist :-/

Foto ist aus dem R&B-Handbuch.
roland

 

[FamZim]

Hi

Die Fasern sind ja sehr Reisfest aber die Verklebung, und nur das ist es, es wird weg-schwimmen bei Temperatur auf Dauer wie jedes Klebeband, (denke mal an eine Schnecke).
Da sind fast 2 t zu bewältigen !! (geht eigenlich noch?).

Gruß Aloys.

 

[verlierer]

naja wenn ich mit einer einzigen faser wickel kann da nichts wegschwimmen.
und mit CFC wär die Matrix ja kein kleber..
roland, laberthread :-)

 

[FamZim]

Hi

Einzelne Faser mein ich ja nicht, sondern einen Rowing mit ein paar tausen!
Nur Bänder oder sowas gehen nicht zu wickeln da sie an den Rändern immer locker sind beim wickeln um eine Kugel.
Und bei Gewebestücken sind die Fasern ja nicht durchgehend, und eine Überlappung muß dann alles "auch" halten können!

Gruß Aloys.

 

[verlierer]

hm, stimmt, hast Du recht, dankeschön.
Wenn ich 5cm breite bänder wickel, wird nur der innere eine cm auf spannung sein,
die anderen 4cm werden keine last aufnehmen :-/

roland,
ideen immer zu mir

 

[Gast_8039]

Finde diesen "Themenkomplex" langsam unerträglich. Wieso wird hier zugelassen dass mit so wenig Wissen so ein Quark auch nur versucht wird. Das ist Bombenbau wenn`s schiefgeht (und das wird es). Wann wir das Treiben hier also endlich beendet?

 

[MarkusN]

Seconded.

 

[Tofo]

Allerdings scheinen mir einzelne Fasern weit teurer als b-ware matten, hab gestern 590g gelege für 10 euro dem qm ersteigert..

Was du da vorhast ist lebensgefährlich und illegal!
Hochdruckautoklave sind nicht umsonst aus massivem V4A Stahl und werden im Labor in speziellen Bunkern betrieben.

Vielleicht sollte das mal jemand ins Cafe Klatsch verschieben!

Wenn ich in diesem Zusammenhang schon "b-ware matten von ebay" lese ..........

Grüße,
Thorsten

 

[verlierer]

jaja blabla die selbsternanten fachkapazitäten, die noch nicht mal vorrechnen können, wieviel 200g körpergewebe man für 2tonnen last braucht,
und dann behaupten sie würden es absichtlich nicht sagen um unwissende vor bösen Phyiskern zu schützen.

*gähn*

das hier ist ein LABER-thread.
offensicht gefällt es einigen zu labern.
wem das nicht gefällt, der braucht den fred nicht lesen.

und was für ein müll von wegen "illegal".
solang man sowas nicht verkauft is das überhaupt nicht illegal.
aber die spiesser haben ja noch nie was vom artikel 2 des grundgesetzes gehört.
und vom artikel zur meinungsfreiheit auch nicht.

wie immer in öffentlichen foren,
die selbsternannten polizisten..
*gähn*

 

[FamZim]

Hi

Für die Leute die wie ich mit Zahlen rechnen !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Eine Kugel mit 100 mm Durchmesser hat einen Umpfang von ??? 314 mm.

Nehme ich eine "Baumarkt-Alu-Hülle" mit 1 mm Dicke hält diese schon 3,14 t !!!!!!!!!!!!!!!!!
Das hat nur eine Belastbahrkeit von 10 kg pro 1mm² Da kann man mit den Fingern eine Beule reindrücken.
Alu gibt es schon bis 60 kg !
CFK geht bis 180 kg
Federstahl bis 220 kg Pro 1mm²
Problem die Fasern halten nur in eine Richtung, und es ist ne Menge klebe (füll) Material im Laminat!

Gruß Aloys.

 

[Tofo]

... wie auch schon im anderen Thread gesagt wurde:

Köpergewebe hat nichts mit dem Körper zu tun. Was soll man da anfangen zu rechnen, wenn noch nichtmal Grundlagen z.B. der Unterschied zwischen Leinen-, Köper-, und Atlasbindung geschweige denn UD, Biax, oder Triax Gelege klar ist.

Außerdem ist eine Matte etwas vollkommen anderes als ein Gewebe! Und Kohlefaser ist nicht gleich Kohlefaser. Sprich es gibt einen ganzen Haufen verschiedener Fasertypen mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften. Mir ist auch noch nicht klar was du als Matrix verwenden möchtest, wenn Harz nicht in Frage kommt.

das hier ist ein LABER-thread.

und genau deswegen gehörts in den Cafe Klatsch!

Das die Dinger im Labor im Bunker betrieben werden hat schon gute Gründe. Eine heftige Chemische Reaktion kann viel größeren Druck verursachen. Das heisst (theoretisch) wenn du das Ding bis 25 bar betreiben willst, solltest du es bis 100 bar auslegen.

Und zu den selbsternannten Polizisten! Mir ist es völlig egal ob du damit deinen Keller weg sprengst. Ich bin dann hoffentlich weit weg. So wie ich das hier raus lese ist das nämlich nicht nur Gelaber, sondern du planst ernsthaft so ein Teil zu bauen.

Grüße,
Thorsten

 

[MarkusN]

verlierer, du hast absolut den Richtigen Nick gewählt. Kommst rein und machst einen auf dicke Hose, weil Du irgendwo etwas von CFC gelesen und einen Geistesblitz gehabt hast. Machst die wirklich kompetenten Leute an wie Schuljungen und hast selbst von den Grundlagen keinen blassen Schimmer. Das Du rechnen kannst, kann ich mir noch vorstellen. Damit ists aber nicht getan.