Carbonfasern

Carbonfasern sind textilartige Faserstoffe aus Kohlenstoff, die überwiegend als Langfasern in Verbundwerkstoffen eingesetzt werden. Die verbreitetsten Fasern basieren auf Polyacrylonitril (PAN) als Vorläufer; seltener werden Pitch-basierte Fasern hergestellt. Typische Durchmesser liegen bei 5 bis 7 Mikrometern, und die Faserstruktur ist stark orientiert und graphitähnlich. In Verbundwerkstoffen liefern sie hohe Festigkeit und Steifigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht.

Eigenschaften: Carbonfasern weisen hohe Zugfestigkeit und hohe Steifigkeit bei einer Dichte von etwa 1,75 bis 1,95 g/cm³ auf. Sie sind elektrisch leitfähig und temperaturbeständig, wobei die Leistung stark von der Faserorientierung und der Harzmatrix abhängt. Die Fasern selbst sind spröde und verfügen über geringe Druckfestigkeit, weshalb sie in kompakten Bauteilen oft mit geeigneter Matrix kombiniert werden.

Herstellung: Die Produktion beginnt mit der Spinnung eines Vorläufers (PAN oder Pitch). Die Fasern werden stabilisiert, dann karbonisiert und gegebenenfalls graphitisiert, oft bei hohen Temperaturen in einer Inertatmosphäre. Anschließend erfolgt eine Oberflächenbehandlung (Sizing) zur Haftvermittlung mit Harzen. Endprodukte umfassen Rovings, Gewebe, Prepregs und zugeschnittene Verstärkungen.

Verwendung und Umweltaspekte: Carbonfasern finden breite Anwendung in Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Sportgeräten, Windkraft sowie im Bauwesen. Vorteile sind hohes Festigkeits- und Steifigkeits-Gewicht-Verhältnis sowie Korrosionsbeständigkeit; Nachteile sind hohe Kosten und teilweise begrenzte Ermüdungs- und Schlagzähigkeit sowie Herausforderungen beim Recycling. Recycling-Optionen umfassen Pyrolyse und chemische Verfahren, wobei wiederverwendete Fasern oft in neuen Verbundwerkstoffen eingesetzt werden.