Kohlefasern

Kohlefasern, auch Carbonfasern genannt, sind dünne, sehr zug- und bruchfesten Faserstränge aus kohlenstoffhaltigen Materialien. Typische Durchmesser liegen bei 5 bis 10 Mikrometern. Sie dienen als Bewehrung in Verbundwerkstoffen, vor allem in Verbindung mit Harzen, und ermöglichen hohe Festigkeit und Steifigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht.

Die wichtigsten Vorstufen sind PAN-basierte Fasern (Polyacrylnitril) und pitch-basierte Fasern. PAN-Fasern machen den Großteil der kommerziell hergestellten Kohlefasern aus, Pitch-Fasern werden häufig für Hochmodul-Fasern verwendet. Die Herstellungsprozesse umfassen Stabilisierung in Luft (ca. 200–300 °C) zur Oxidation, gefolgt von Carbonisierung in inerten Atmosphären (typisch 1000–1500 °C). Oft wird zusätzlich eine Graphitisierung bei noch höheren Temperaturen durchgeführt. Die Oberflächenstruktur wird durch eine Nachbehandlung oder Size-Behandlung angepasst, um die Haftung mit Harzen zu verbessern.

Eigenschaften der Kohlefasern variieren je nach Typ stark. Allgemein weisen sie eine hohe Zugfestigkeit (typischerweise 2.000–6.000 MPa) und eine hohe Steifigkeit (Modul 150–900 GPa) auf. Die Dichte liegt knapp unter 2 g/cm³, was zu einem hervorragenden Festigkeit-Gewicht-Verhältnis beiträgt. Sie sind thermisch stabil bis mehrere hundert Grad Celsius in inertem Umfeld, elektrisch leitfähig und chemisch relativ inert. Die Verarbeitung erfordert spezielle Technologien zur Harz- oder Matrixverarbeitung, um eine gute Faser-Matrix-Adhäsion zu erzielen.

Anwendungen finden sich vor allem in Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Windkraftindustrie, in Sportgeräten sowie in Hochleistungsbau- und Maschinenbaulösungen. Umwelt- und Kostenaspekte spielen eine Rolle: Die Produktion ist energieintensiv, Recycling ist komplex und kostenintensiv, weshalb der Lebenszyklus einer Kohlefaserkonstruktion sorgfältig geplant wird. Sicherheitstechnisch können Fasern feine Stäube verursachen; geeignete Schutzausrüstung ist beim Umgang sinnvoll.