Metallrohre vs endlosfaserverstärkteThermoplastrohre

Metallrohre sind auf den verschiedenen Märkten für technische Produkte weit verbreitet. Die gebräuchlichsten Metalle für die Herstellung von Rohren sind Stahl und Aluminium. Diese Metalle haben eine kristalline Struktur, die durch Zugabe anderer Elemente (Legierungselemente) verändert werden kann, um andere gewünschte (und manchmal auch unerwünschte) Eigenschaften zu erhalten. Um beispielsweise Stahl (eine Kombination aus Eisen und Kohlenstoff) vor Korrosion zu schützen, können Chrom und Nickel hinzugefügt werden, um rostfreien Stahl herzustellen. Der Stahl wird (relativ) korrosionsbeständig, ist aber auch schwieriger zu verarbeiten.

Aluminium, das in reiner Form relativ weich ist, wird für viele Anwendungen auch mit anderen Elementen wie Silizium und Magnesium gemischt. Die Elemente in Kombination mit einer speziellen thermischen Behandlung führen zu einem stärkeren und härteren Material als reines Aluminium.

Tatsächlich können Sie das Legieren von Metallen, um ein stärkeres Metall zu erzeugen, mit dem Hinzufügen von Fasern zu Polymeren vergleichen (um Faserverbundmaterial herzustellen). Die Fasern dienen hauptsächlich der Verstärkung des Polymers und der Fasertyp bietet die Möglichkeit, die Zugfestigkeit oder den E-Modul (Steifigkeit) zu erhöhen. Im Rest dieses Blogs werde ich mich auf die Anwendung von Thermoplasten als Polymer und die spezifischen Vorteile des Thermoplasts konzentrieren (lesen Sie mehr in meinem Blog über Thermoplast-FVK).

Metallrohre haben eine viel längere Geschichte als endlosfaserverstärkten Thermoplastrohre und werden daher von Ingenieuren besser bekannt und häufiger eingesetzt. Aufgrund meiner eigenen Ausbildung und meiner Tätigkeit in der Aluminium-, Kupfer- und Bleiindustrie ist Metall als Konstruktionsmaterial wahrscheinlich für Sie selbstverständlich. Die Luft- und Raumfahrtindustrie hat jedoch die Entwicklung von Verbundwerkstoffen im Allgemeinen und thermoplastischen Verbundwerkstoffen im Besonderen vorangetrieben. Ich habe tatsächlich den gleichen Übergang von Stahl zu Aluminium erlebt, als ich bei Alcoa zu arbeiten begann und den wir derzeit beim Übergang von Metall zu thermoplastischen Verbundwerkstoffen (meistens für die anspruchsvollsten Anwendungen) erleben.

Kurz gesagt, ich teile noch einmal die wichtigen (siehe auch Carbonrohre or Glasfaserrohre):

• Gewicht und Festigkeit / Steifheit: Der endlosfaserverstärkte Thermoplast ist mindestens viermal leichter als Stahl und etwa 30% leichter als Aluminium.  Wenn Sie Ihr Design hinsichtlich Festigkeit oder Steifigkeit optimieren können, ist die Gewichtseinsparung wahrscheinlich noch höher.  Die Festigkeit und Steifigkeit ist nicht so einfach zu vergleichen.  Abhängig vom Fasertyp, schlägt es aber im Allgemeinen Stahl und Aluminium.
• Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit: Sehr wertvolle Eigenschaft von Thermoplasten, die Kosten spart und die Wartungskosten begrenzt.  Besonders in rauer Umgebung oder im Kontakt mit aggressiven Chemikalien widerstehen endlosfaserverstärkten Thermoplastrohre ohne spezielle (Oberflächen-)Behandlung.
• Bruchzähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit: Die endlosfaserverstärkte thermoplastische Werkstoffe besitzen eine hohe Zähigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit gegen Ermüdung (auch im Vergleich zu duroplastischen Verbundwerkstoffen).  Anders ausgedrückt kann es wechselnden und zyklischen Belastungen besser widerstehen als (die meisten) Metalle.
• Aufprallenergieabsorption: Die Sicherheit in Fahrzeugen wird immer wichtiger und falls ein Crash oder eine Kollision nicht verhindert werden kann, ist das Energieabsorptionsvermögen beim Aufprall entscheidend.  Der endlosfaserverstärkte Thermoplast mit Schichtaufbau hat diese Fähigkeit und schlägt in dieser Hinsicht die gewöhnlichen Metalle.  Beim Aufprall wird die Energie absorbiert, wenn versucht wird, die Schichten aus verstärktem thermoplastischem Material zu trennen.

Mit anderen Worten, es gibt viele Gründe, thermoplastische Materialien aufgrund der genannten Eigenschaften und mehr in Betracht zu ziehen: Das Material ist leicht recycelbar und unser Produktionsprozess ist sauber mit erneuerbarer Energie!

Entscheiden Sie sich für endlosfaserverstärkte Thermoplastrohre und kontaktieren Sie uns!

Geschrieben von Theo Mimpen (März 2021)