Spezifische Steifigkeit: Was ist damit gemeint?

Lösung: C. CFK hat eine hohe spezifische Steifigkeit, leitet aber Strom und verursacht daher bei Kontakt mit Aluminiumlegierungen leicht Kontaktkorrosion

Kohlenstofffasern haben mit etwa 1,8 g/cm³ eine geringere Dichte als Glasfasern (etwa 2,5 g/cm³) und mit etwa 230 GPa oder mehr einen mehr als dreimal so hohen Elastizitätsmodul wie Glasfasern (etwa 70 GPa); CFK zeichnet sich daher durch hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit aus und wird in Flugzeugen und Sportartikeln eingesetzt. Es ist jedoch teuer, und da Kohlenstofffasern Strom leiten und ein edles Elektrodenpotential haben, erleidet das Aluminium leicht Kontaktkorrosion, wenn CFK mit Aluminiumlegierungen in Kontakt steht; als Gegenmaßnahme wird z. B. eine Glasfaserlage dazwischengelegt. Strom leitet CFK, nicht GFK. Gute Durchlässigkeit für Funkwellen und gute Isolation kennzeichnen GFK, das für Radome, elektrische Isolierteile sowie preiswerte Bootsrümpfe und Badewannen verwendet wird.

Lösung: B. ca. 3,3

Der spezifische E-Modul beträgt bei CFK 140/1,6 = 87,5 und bei Stahl 210/7,9 ≈ 26,6 (beide in GPa/(g/cm³)), das Verhältnis also 87,5/26,6 ≈ 3,3. Der Elastizitätsmodul selbst ist bei CFK zwar kleiner, doch die Dichte beträgt nur etwa ein Fünftel, sodass CFK bei gleichem Gewicht etwa die 3,3-fache Steifigkeit hat. Ca. 0,67 vergleicht nur die Elastizitätsmoduln (140/210), ca. 4,9 nur das Dichteverhältnis (7,9/1,6). Dieser Wert gilt allerdings nur in Faserrichtung; quer zur Faser ist der spezifische E-Modul weit kleiner als der von Stahl. In realen Strukturen werden die Richtungen durch den Lagenaufbau ausgeglichen, sodass der Vorteil der spezifischen Steifigkeit kleiner als dieser Wert ausfällt.