Was sind Carbonfasern?
Carbonfasern, manchmal auch Kohlenstofffasern genannt, sind industriell gefertigte Fasern, die so veredelt werden, dass sie nahezu ausschließlich aus Kohlenstoff bestehen. Sie sind mikroskopisch klein und etwa um das Achtfache dünner als ein menschliches Haar.
Um sie für diverse Anwendungen nutzbar zu machen, werden 1000 bis 60000 Filamente zu einem Multifilamentgarn (Roving) zusammengefasst, das auf eine Spule aufgewickelt wird.
Wie werden Carbonfasern hergestellt?
Carbonfasern sind das Endprodukt eines hochtechnologischen Herstellungsprozesses. Am Anfang steht ein Ausgangsprodukt wie beispielsweise Polyacrylnitril (PAN). Polyacrylnitril ist ein Feststoff in Form eines weißen Pulvers. Es ist hart und steif sowie chemikalien- und lösungsmittelresistent. In einem ersten Prozessschritt werden daraus dünne Fäden erzeugt, die anschließend auf eine Spule aufgewickelt werden – der sogenannte PAN-„Precursor“ ist entstanden (deutsch: Vorläufer, vorläufiges Produkt).
Diese Fäden kommen im nächsten Schritt in den Ofen. Zuerst werden sie bei 200 bis 300 Grad Celsius oxidiert und anschließend bei 1200 bis 1800 Grad Celsius carbonisiert. Zurück bleiben Fäden mit einem sehr hohen Kohlenstoffgehalt und hoher Festigkeit. Nach einer Oberflächenbehandlung und dem Auftragen einer Schlichte wird die Carbonfaser aufgespult und ist bereit für ihren Einsatz.
Welche Arten von Carbonfasern gibt es?
Bereits bei der Herstellung des Precursors werden den späteren Carbonfasern die gewünschten Eigenschaften mit auf den Weg gegeben. Carbonfasern unterscheiden sich vor allem durch folgende Eigenschaften:
- Anzahl der Einzelfasern oder Filamente im Roving
- Durchmesser und Form der Filamente
- Festigkeit und Steifigkeit sowie die daraus resultierende Dehnung
- Oberflächeneigenschaften, die auch die spätere Harmonie mit verschiedenen Kunststoffsystemen in Verbundwerkstoffen bestimmen
Je nach Endanwendung ändern sich auch die Anforderungen an die Carbonfasern und das spätere Bauteil aus carbonfaserverstärktem Kunststoff. Während für die eine Anwendung besonders die Steifigkeit ausschlaggebend ist, kann bei einer anderen Anwendung die Steifigkeit bei Zugkräften im Vordergrund stehen.
Unser Carbonfaser-Portfolio finden Sie auf unserer Materialseite oder in unserer Broschüre.
Was bedeutet CFK?
CFK ist die Abkürzung für carbonfaserverstärkten Kunststoff, auch kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff genannt. Im deutschen Sprachgebrauch wird es oft auch verkürzt als „Carbon“ bezeichnet. CFK ist ein Werkstoff, der aus mehreren Komponenten aufgebaut ist: Einer Grund- oder Trägersubstanz, auch Matrix genannt, sowie einer zweiten verstärkenden Komponente, der Carbonfaser, die in die Matrix eingebettet ist. Üblicherweise wird ein Kunstharz als Matrixwerkstoff gewählt. Der ausgehärtete Verbund besitzt unterschiedliche mechanische Eigenschaften, je nach der Art der eingesetzten Carbonfasern, der Matrix und des Herstellungsprozesses.
Wie wird CFK hergestellt?
Für die Herstellung von CFK gibt es verschiedene Wege, die je nach Anwendung verschiedene Vorteile hinsichtlich der Herstellungskosten und/oder des Eigenschaftsspektrums bieten. Am Anfang des CFK-Herstellungsprozesses steht jedoch stets die Carbonfaser. Sie wird mit aus der Textilindustrie bekannten Verfahren zu einem Carbonfasertextil gewebt, gelegt oder auch geflochten oder gewickelt.
Wir stellen unsere CFK-Bauteile vom Prototyp bis zur Serienfertigung her. Dabei kommen folgende Fertigungstechnologien zum Einsatz:
- Prepreg-Presstechniken
- Autoklavtechniken
- Wickelverfahren
- Aufblasverfahren
- RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding)
- Nasspressen
- Flechten
- Tape-Legen
- Fiber-Placement
Das rechtsstehende Schaubild verdeutlicht verschiedene Wege bei der Herstellung eines CFK-Bauteils.
Welche Eigenschaften hat CFK?
CFK kommt meist dort zum Einsatz, wo andere Materialien an die Grenzen ihrer Belastbarkeit stoßen. Allen voran sein leichtes Gewicht und seine Widerstandsfähigkeit sind von großer Bedeutung: CFK ist bis zu fünf Mal leichter als Stahl und hat nur rund 60 Prozent des Gewichtes von Aluminium.
Hinzu kommen Eigenschaften wie eine hohe Ermüdungsfestigkeit, Röntgentransparenz und eine geringe Wärmedehnung. Die spezifischen Eigenschaften für ein einzelnes Bauteil lassen sich dabei gezielt beeinflussen, steuern und optimieren.
Worauf wir bei der SGL Carbon besonders achten und welche Möglichkeiten sich aus unserem Portfolio ergeben, können Sie in unserer Produktbroschüre nachlesen.
Wo wird CFK eingesetzt?
Den Einsatzmöglichkeiten von CFK sind keine Grenzen gesetzt. Heutzutage sind die gängigsten Anwendungsgebiete für CFK in der Luftfahrt, der Raumfahrt, in der Automobilindustrie und in der Windenergie. In der Medizintechnik, Robotik, Automatisierungstechnik, Messtechnik und Optik sowie im Maschinenbau und im Sport- und Freizeitbereich kann CFK vielfältig eingesetzt werden.
Wir bieten CFK-Lösungen für nahezu alle Anwendungsgebiete und beraten unsere Kunden über die gesamte Wertschöpfungskette – von der Faser über die Konzeption bis hin zu Prototypen und der Serienfertigung. Sprechen Sie uns an!
Was kostet CFK?
Wie viel CFK kostet, kann nicht pauschal gesagt werden. Die Preise sind sehr individuell und hängen ab von der Entwicklung, der Art, der Herstellung und der entsprechenden Stückzahl, in der CFK hergestellt wird. Wenn Sie eine konkrete Anforderung oder Anfrage haben, kommen Sie gerne auf uns zu.
Was ist der Unterschied zwischen CFK und GFK?
Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) unterscheiden sich primär durch den Einsatz unterschiedlicher Fasern. Wie der Name schon sagt, kommen bei CFK Carbonfasern zum Einsatz, bei GFK hingegen Glasfasern. Kunststoffe auf Basis von Carbonfasern weisen dabei eine deutlich höhere Festigkeit auf und sind gleichzeitig leichter aufgrund der geringeren Dichte. Glasfasern sind hingegen günstiger, weshalb sie häufig zum Einsatz kommen.
