close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser og accepterer, at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
Raket-Madsens Rumlaboratorium

Hvad er dyrest: kulfiber eller almindeligt konstruktionsstål ?

Kære læsere

Der er et dumt svar på den slags spørgsmål, som næsten altid er rigtigt:

"Det kommer an på..."

Det gør det naturligvis. Det kommer an på anvendelsen. Kræver anvendelsen en kompliceret form, er det f.eks. et ventilhus, en pumpe impeller eller en plejlstang, så er det meget kompliceret at benytte kompositmaterialer. Kulfiber er jo ikke et homogent materiale, men har ligesom træ, en fiberretning, hvor det er exceptionelt stærkt, og en retning på tværs af fiberretningen, hvor det ret let flækker.

Skal man f.eks. fremstille en plejlstang i komposit, skal man derfor meget omhyggeligt finde ud af hvor kræfterne er, og hvilken retning de har. Det kræver modellering af både emnet, og belastningen, ikke bare statisk, men som funktion af tiden.

Det er rygende langhåret.

Herefter skal man så lave en form, og have støbt emnets fiberstruktur til at være parallel med de kræfter der optræder. Det er virkelig meget vanskeligt. Jeg ville helt sikkert bruge metaller hvis jeg skulle lave plejlstænger.

Men simplere belastninger, giver også simplere fremstilling. Mange belastninger kan opfattes som ren, simpel og statisk træklast, og i de tilfælde er det til at have med at gøre.

Lad os for sjov skyld sige vi skulle ophænge en masse på 10 tons. Den skulle hænge en meter under ophængspunktet. Hvad koster egentligt 10 tons trækstyrke i henholdsvis kulfiber og ganske almindeligt billigt konstruktionsstål ?

Konstruktionsstål laves efter normer. En af de mest gængse ståltyper hedder efter normen S235. I gamle dage ville det efter DIN normen hedde stål 37. Elasticitets grænsen for dette venlige og billige materiale ligger på 235 N/mm2, eller rundt regnet 2,35 tons pr. cm2. Skal vi ophænge ti tons i det, og tør vi belaste det helt til det er tæt på at flyde - så skal vi altså have et tværsnit på 10 tons / 2.35 tons/cm2 = 4,25 cm. Det svarer så nogenlunde til et fladstål på 50 x 10 mm som kan købes til 9,20 kr pr. kg incl. moms hos Lemvigh Muller Munch. Den en meter lange stand vejer 3,9 kg og koster dermed 35 kr og 88 øre.

Bemærk jeg er helt enormt praktisk her. Det er det billigste stykke jern jeg kan købe, der kan holde til lige netop det træk.

Hvad koster det samme i kulfiber så ?

Hos R og G i Tyskland forhandler de et utal af forskellige produkter til composit materialer. Her er et eksempel:

Kulfiber som roving

Produktet her en et bundt af kulfibre, hver 0,007 mm tykke. Hver fiber kan bære et lille lod på 15,7 gram, men da bundtet består af 50 tusind fibre kan et bundt altså klare at løfte en masse på 785 kg.

Et fiberbundt på 0,12 mm x 15 mm som dette kan bære Sirids lille røde bil. Foto: R&G Faserverbundwerkstoffe

Det kommer på en rulle som denne:

Roving er bundter af fibre som på denne rulle. Det er basis for vævning af måtter og vikling af beholdere. Foto: R&G Faserverbundwerkstoffe

Så langt så godt. Nu har vi kulfiber. Vi skal så bare tage 10 tons / 0,785 = 12,75 bundter parallelt, så kan vi klare 10 tons træk. Som tilfældet herover må vi dog tage tretten bundter for at det kan fungere. De tretten bundter vejer 200 gram i alt for en meter. Det er dog ikke klaret med de tretten bundter kulfiber. Vi skal også bruge godt 200 gram epoxy til at lime det sammen til en matrix. Det kan fås for almindelige dødelige hos LKR i Karlslunde. Thomas Kromand vil nok skulle have godt 100 kr pr. kg for den bedste flyepoxy. Det er altså 20 kr for de 200 gram der skal i trækstangen.

Incl. fragt og alt ballade kostede rullen med kulfiber fra R & G 1.027,00 kr. Den rummer to kg, så de 200 gram koster altså 102 kr og 70 øre. Man kan sagtens håndoplægge kulfiber rovingen i en lille U formet profil, og 50 % vægt indhold af fiber er langt fra ambitiøst. Ingen autoklaver, vakuumforme, hærde ovne eller noget andet hanky panky. Hvis man bruger en ordentlig dosis hanky panky kan man få fiberindholdet, og der med styrken op med ret mange procent, men dette er praktisk orienteret. De stang kan laves uden videre, og den vil ligge på 20 tons / cm2 i trækstyrke, eller otte ti gange alm. stål og fem gange lettere.

Lad os rekapitulere så:

Trækstang i bondejern: 35 kr og 88 øre.

Trækstand i kulfiber: 122 kr og 70 øre.

Så kulfiber er stadig væk dyrest. Øv. Da jeg startede bloggen troede jeg at vi var kommet dertil, hvor kulfiber kunne vinde når man bare købte trækstyrke.

Men kulfiberstangen vejer kun 400 gram mod jernstangen på 3,4 kg. Så går man tre gange op i pris, får man vægten ti gange ned. Et 50 x 10 mm fladstål modsvares af et 3 x 15 mm kulfiber profil.

Sindsygt.

Det dumme svar: "Det kommer and på" - indeholder så at det afhænger af hvor vigtig vægt er, og hvor meget kulfiber arbejde man kan amortisere udgiften til at køre til LKR på, udgiften til uddannelse af personel - epoxy arbejde kræver jo et kursus - og rigtigt mange andre ting. Man kan i princippet også bruge polyester, som ikke kræver kursus, men som er lidt tungere.

Hvis man laver en trækstang, vil man jo også skulle have noget at koble til på - så til ståludgaven skal der en boremaskine eller en svejsemaskine til for at lave noget at koble på. I kulfiber udgaven skal der noget meget mere kompliceret til. Man kan hverken få styrken ud ved bore et tværhul eller skære gevind i kulfiberstangen. Man vil f.eks. skulle lime stangen ned i et pænt langt stykke rør. Hermed starter balladen, for så snart kulfiber emnet skal kobles over i noget andet, skal der fintænkes, lige som i tilfældet med en plejlstang. Koblings delenes relative stivhed, tværsnit og relative belastning bliver faktorer. Så selv en simpel trækstang kan blive kompliceret at lave.

Ud over næsekeglen til Smaragd har der i raketterne her fra øen hidtil ikke været anvendt kompositmaterialer. Alle grundene står ovenfor. Lad mig understege at det bestemt ikke er prisen der er det primære problem, men altså de komplicerede kontaktflader til andre ting.

Nu er der en rulle kulfiber på vej fra R & G til RaketMadsens Rumlaboratorium. Ikke fordi jeg skal lave trækstænger, men fordi der findes andre komponenter der kan bruges i raketter, hvor der findes enkle, statiske træklaster, og gode svar på problemet med kontaktflader til andre materialer.

Peter Madsen

Kommentarer (28)

Interessant at du vil igang med kulfiber. Glæder mig virkelig til at høre mere om dette spændende emne fra din velskrivende pen. Kan du afsløre noget om hvilke dele du påtænker at lave i kulfiber. I øvrigt ærgeligt at man ikke kan lave brændkamre i kulfiber! ;-)

Hvilke fordele giver anvendelsen af en autoklave når man vil fremstille kulfiberemner?

Jeg ved ikke en dørk om kulfiber ud over at det er et materiale med mange anvendelser. Her er et par videoer fra hver sin side af det nørdede landskab der viser anvendelser af kulfulber. Indrømmet, den ene af videoerne er måske lidt reklameramt, men materialeegenskaberne træder da vist meget godt frem:
http://youtu.be/lQ2m-GSaX8E?t=12m58s
http://youtu.be/ubqkNu6lx5Y

  • 7
  • 1

Jeg forstår din fascination men at arbejde med kulfiber. Det er lækkert, det er liret, det er smart, men det er da vist også så langt fra KISS som det kan komme. Vi ved godt at du er et legebarn og gerne vil lege med alt det de voksne også har adgang til men... Videre! :-)

PS. Jeg kan ikke komme mig over nyheden om at du er blevet smidt ud af Nautilus-foreningen. Hvordan kan de dog se sig selv i øjnene. Far er ikke skuffet, far er VRED!

  • 7
  • 11