CarbonfaserVerbundwerkstoffe

Carbonfaser-Verbundwerkstoffe, auch Kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe (CFV oder CFK) genannt, sind Verbundmaterialien, in denen Kohlenstofffasern als Verstärkung in einer Matrix aus Polymerwerkstoffen eingebettet sind. Sie verbinden hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht und zeigen ein stark anisotropes Verhalten, das von der Faserorientierung abhängt.

Die Faser liefert Zug- und Biegekapazität, während die Matrix Lastübertragung, Formstabilität und Schutz übernimmt. Typische Matrizesysteme sind duroplastische Epoxidharze, Phenole oder Thermoplaste wie PEEK. Herstellungsverfahren reichen von Prepreg-Verarbeitung mit Autoklav bis zu Resin Transfer Molding (RTM), Vakuuminfusion und Filament-Winding; komplexere Bauteile können auch durch Hybridprozesse hergestellt werden.

Eigenschaften dieser Werkstoffe umfassen sehr hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit, gute Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe Temperaturbeständigkeit abhängig von der Matrix. Nachteile sind hohe Material- und Produktionskosten, anspruchsvolle Verarbeitung, teils begrenzte Reparierbarkeit sowie Recycling- und Umweltfragen. Das Material zeigt gegenüber Feuchtigkeit und UV-Licht je nach Matrix unterschiedliche Alterungstendenzen.

Anwendungen finden CFV überwiegend in Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau (Leichtbauteile), in der Windenergie, in Sport- und Freizeitgeräten sowie in ausgewählten Tragstrukturen im Bauwesen.

In der Nachhaltigkeit stellen Recycling und Wiederverwertung eine technische Herausforderung dar; Ansätze umfassen mechanische Recyclingwege, Pyrolyse oder chemische Rückgewinnung der Harze. Zukünftige Entwicklungen fokussieren auf kostengünstigere Produktion, verbesserte Rezyklierbarkeit und reparierbare Bauweisen.