Koolstofvezels

Koolstofvezels zijn lange, dunne draden opgebouwd uit koolstof. Ze vormen een van de sterkste en stijfste vezeltypen die commercieel beschikbaar zijn en worden vooral gebruikt als versterking in composietmaterialen. De vezels worden meestal vervaardigd uit organische voorlopers, zoals polyacrylonitril (PAN) of pitch, die via warmtebehandelingen worden omgezet in koolstof met een grafitachtige structuur.

Productie en verwerking: Het productieproces omvat stabilisatie (oxidatie) in lucht bij ongeveer 200–300 °C om de vezels te stabiliseren, gevolgd door carbonisatie in afwezigheid van zuurstof bij circa 1000–1500 °C om niet-koolstof elementen te verwijderen. Bij hogere temperaturen (graphitisatie) boven circa 2000 °C kan de orde in de koolstofroosters toenemen en de stijfheid vergroten. Na verwerking krijgen de vezels vaak een sizing-coating om hechting met de matrix te verbeteren.

Eigenschappen: Koolstofvezels hebben een hoge treksterkte (typisch 2–6 GPa) en een hoge buigmodulus (ongeveer 230–600 GPa), terwijl hun dichtheid laag is (~1,75–1,95 g/cm3). Ze vertonen een lage thermische uitzetting langs de vezelas en goede chemische weerstand. De eigenschappen zijn anisotroop: de sterkte en stijfheid hangen sterk af van de richting ten opzichte van de vezel.

Toepassingen en vormen: Koolstofvezels worden veel gebruikt in koolstofvezel-versterkte polymeren (CFRP) in luchtvaart, automotive, sportuitrusting en windturbinebladen. Ze komen voor in vormen zoals tow, roving, geweven matten en prepregs, vaak voorzien van een harsresin.

Nadelen en uitdagingen: koolstofvezels zijn relatief duur en vereisen gespecialiseerde productie- en verwerkingstechnieken. Recycling van CFRP is lastig. De hechting met sommige matrices kan verbetering vereisen door oppervlaktebehandeling of sizing, en de kosten en milieu-impact spelen een rol in de inzet en verwerking.