Kohlefaserrohre sind ein Material mit hoher Festigkeit, geringem Gewicht und hoher Temperaturbeständigkeit sowie hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, das in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Sportausrüstung und in anderen Bereichen weit verbreitet ist. Die Festigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit von Kohlefaserrohren wird im Folgenden ausführlich besprochen.
Erstens weisen Kohlefaserrohre eine hohe Festigkeit auf. Aus mechanischer Sicht wird seine Festigkeit hauptsächlich durch die Festigkeit der Faser selbst und die Bindungsstärke zwischen den Fasern bestimmt. Kohlenstofffasern werden auf Basis reiner Kohlenstofffasern oder mit anderen Karbiden gemischter Fasern hergestellt, die eine extrem hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweisen. Unter ihnen kann die Festigkeit reiner Kohlenstofffasern mehr als 3000 MPa erreichen, was die Festigkeit vieler Metallmaterialien übertrifft. Kohlefaserrohre werden aus vielen geflochtenen Faserfilamenten hergestellt und anschließend durch Harzimprägnierung und Wärmehärtung verarbeitet. Diese Faserwebstruktur soll Kohlefaserrohren eine hohe Festigkeit und Steifigkeit verleihen. Gleichzeitig kann die Festigkeit des Kohlefaserrohrs durch unterschiedliche Faserwebmethoden und -schichten während des Herstellungsprozesses angepasst werden, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsszenarien gerecht zu werden. Kohlefaserrohre sind viel stärker als herkömmliche Materialien wie Stahl und Aluminium und werden daher in der Luft- und Raumfahrt immer häufiger eingesetzt.
Zweitens weist das Kohlefaserrohr eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen auf. Da die Faserzusammensetzung reiner Kohlenstofffasern reiner Kohlenstoff ist, weist sie einen extrem hohen Schmelzpunkt und eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Im Allgemeinen kann die Hochtemperaturbeständigkeit von Kohlefaserrohren mehr als 300 Grad erreichen, was viel höher ist als die vieler Metallmaterialien. Darüber hinaus weist das im Harzimprägnierungs- und Wärmehärtungsprozess verwendete Harz im Allgemeinen eine hohe Hochtemperaturbeständigkeit auf, was die Hochtemperaturbeständigkeit von Kohlefaserrohren weiter verbessert. Das Kohlefaserrohr weist in der Hochtemperaturumgebung eine gute Stabilität auf und ist nicht leicht zu verformen, zu entschleimen und zu altern. Daher werden Kohlefaserrohre häufig in Bereichen eingesetzt, die Umgebungen mit hohen Temperaturen standhalten müssen, wie z. B. Flugzeugstrukturteile und Motorkomponenten von Luft- und Raumfahrzeugen.
Neben Festigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit verfügen Kohlefaserrohre über viele weitere hervorragende Eigenschaften. Erstens haben Kohlefaserrohre eine geringere Dichte und sind leicht. Im Vergleich zu Metallrohren haben Kohlefaserrohre eine Dichte von etwa 1,6-2,0g/cm³, was nur etwa einem Viertel von Stahl und etwa der Hälfte von Aluminium entspricht, also dem Gesamtgewicht Strukturanteil kann deutlich reduziert werden. Zweitens weist das Kohlefaserrohr eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Im Gegensatz zu Metallmaterialien, die anfällig für Korrosion sind, sind Kohlefaserrohre unempfindlich gegenüber den meisten Chemikalien und werden nicht so leicht durch Korrosion und Oxidation beschädigt. Schließlich weisen Kohlefaserrohre auch eine hervorragende Ermüdungslebensdauer und Schlagfestigkeit auf. In der komplexen Belastungsumgebung kann das Kohlefaserrohr immer noch eine gute Leistungsstabilität aufrechterhalten und ist nicht anfällig für Ermüdungsschäden und Brüche. Gleichzeitig verfügt das Kohlefaserrohr auch über ein gutes Energieabsorptionsvermögen, wodurch die Aufprallkraft effektiv absorbiert und der Schaden im Falle eines Unfalls verringert werden kann.
