Kohlenstofffaser

Kohlenstofffasern – im allgemeinen Sprachgebrauch auch verkürzt Kohlefasern^[1] oder (aus dem Englischen carbon fibers lehnübersetzt) Carbon- bzw. Karbonfasern genannt – sind industriell gefertigte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch an den Rohstoff angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Man unterscheidet isotrope und anisotrope Typen: Isotrope Fasern besitzen nur geringe Festigkeiten und geringere technische Bedeutung, anisotrope Fasern zeigen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung.

Die wichtigste Eigenschaft von Kohlenstofffasern als Versteifungskomponente für den Leichtbau ist der E-Modul; die E-Modulwerte der besten Fasern liegen nahe bei dem theoretischen E-Modul von Graphit in a-Richtung.^[2]

Eine Kohlenstoff-Faser oder auch -Filament hat einen Durchmesser von etwa 5–9 Mikrometer. Üblicherweise werden 1.000 bis 24.000 Filamente zu einem Multifilamentgarn (Roving) zusammengefasst, das aufgespult wird. Die Weiterverarbeitung zu textilen Halbzeugen wie z. B. Geweben, Geflechten oder Multiaxialgelegen erfolgt auf Webmaschinen, Flechtmaschinen oder Multiaxial-Wirkmaschinen bzw. im Bereich der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen direkt auf Prepreganlagen, Strangziehanlagen (Pultrusionsanlagen) oder Wickelmaschinen.

Als Kurzschnittfasern können sie Polymeren beigemischt und über Extruder- und Spritzgussanlagen zu Kunststoffbauteilen verarbeitet werden. Neben diesen Niederfilament-Typen gibt es auch sogenannte HT-Typen mit 120.000 bis 400.000 Einzelfasern, die hauptsächlich zu Kurzschnittfasern, aber auch zu textilen Gelegen verarbeitet werden. Es ist auch möglich, solche Heavy Tows mit Subtows, z. B. in der Form von siebenmal 60.000 Einzelfilamenten, herzustellen.

Die Fasern werden überwiegend zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK = C-Faser verstärkter Kunststoff) benutzt. Aus dem Englischen stammend wird auch die Abkürzung CFRP (amerikanisches englisch Carbon Fiber Reinforced Plastic) benutzt.

1. ↑ Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon; 12., erweiterte Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 118.
2. ↑ Erich Fitzer, Arnold Kurt Fiedler, Dieter Jürgen: Zur Herstellung von Kohlenstoff-Fasern mit hohem Elastizitätsmodul und hoher Festigkeit. In: Chemie Ingenieur Technik. Band 43, Nr. 16, August 1971, S. 923–931, doi:10.1002/cite.330431607.