Das ist so nicht ganz korrekt.
Beim Vergleich müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden
- einzelne Faser vs. Matrix:
Um sehr hohe Werte vorzugeben, wird oft nur die Zugfestigkeit der reinen Faser angegeben. Diese ist mit ca. 3.500-5.000Mpa in der Tat sehr hoch, allerdings ist diese Angabe auch wenig aussagekräftig, da die einzelne Faser kaum einen technischen Anwendungsfall hat. Eingebettet in eine Matrix sinkt die Festigkeit des fertigen Verbundwerkstoffes drastisch. Je nach verwendeter Matrix liegen die typischen Werte bei ca. 2.000Mpa
- Anisotropie
Die Kohelstofffasern verhalten sich anisotrop, d.h. sie besitzen eine unterscheidliche Festigkeit in verschiedene Richtungen. Die (extrem) hohen Werte für die Zugfestigkeit gelten nur in Faserrichtung. Quer dazu besitzt die Faser nur einen Bruchteil dieser Festigkeit. Deshalb muss die Faser in mehreren Lagen ausgerichtet werden, was ihre effektive Festigkeit weiter reduziert. Je nach Lagenaufbau ist etwa die Hälfte der Festigkeit zu erwarten, also ca. 1.000Mpa für eine Carbon Platte mit mehrlagigem Aufbau für multidirektionale Belastung.
- lange Fasern vs. kurze Fasern von forged Carbon
Die kurzen Fasern von forged Carbon erreichen nicht die Festigkeiten der Fasermatten mit längeren Fasern. Hier hängt die Festigkeit stark von der Zusammenstzung und der Fasergeometrie ab.
Für fertige forged Carbon Gefüge habe ich Werte für die Biegefestigkeit zwischen 300MPa und 600MPa gefunden.
- Inhomogenität
Das Gefüge des Faserverbundwerkstoffs ist nicht homogen sondern besitzt eine Vielzahl von sogenannten Defekten. Wird eine Probe auf Biegung belastet, wirkt sich die höchste Spannung nur auf einen kleinen Teil der Fasern aus und lokale Defekte können von anderen Bereiche des Gefüges ausgeglichen werden. Bei der Belastung auf Zug ist der komplette Querschnitt derselben Belastung ausgesetzt und die schwächste Stelle für ein Versagen verantwortlich.
Daher sind typische Werte für die Zugfestigkeit nochmals um die Hälfte niedriger als die Werte der Biegefestigkeit. Die zugehörigen Werte der oben genannten liegen bei 150MPa bis 350MPa.
- Anisotropie Part II
Die angegebenen Werte gelten nur für die Belastung auf Zug. Auf Druck hat das Gefüge ebenfalls eine deutlich geringere Festigkeit. Und da In einem Bauteil die Fasern nicht so ausgerichtet werden können, dass sie nur auf Zug belastet werden, reduziert sicht die Festigkeit des Bauteils weiter. Für forged Carbon habe ich keine Werte für die Druckfestigkeit gefunden, aber für Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff verringer tsich die Zugfestigkeit von 2.000MPa auf eine Druckfestigkeit von 1.500 MPa. Eine ähnliche Abnahme würde ich daher auch für das forged Carbon erwarten.
Die Aluminiumlegierung 7075, die u.a. bei Kettenblättern häufig verwendet wird, hat eine Zugfestigkeit von 540MPa und eine Streckgrenze von 480Mpa. Und diese Werte gelten egal in welche Richtung, und egal ob auf Zug oder Druck.
So weit sind die Werte also gar nicht voneinander entfernt, wie oftmals proklamiert wird.
