Kohlenstofffasern / Carbon

Kohlen­stoff­fasern wer­den hergestellt, indem bere­its in Form von Fasern vor­liegende, kohlen­stof­fre­iche Grund­stoffe kon­trol­liert oxi­diert (also ver­bran­nt) wer­den. Der häu­fig­ste Grund­stoff ist Poly­acryl­ni­tril, bess­er bekan­nt unter der Abkürzung PAN (Pan-basierende Kohlen­stoff­fasern). PAN ver­lei­ht der Fas­er die besten Eigen­schaften; man kann Kohlen­stoff­fasern jedoch auch aus anderen Rohstof­fen, wie z.B. Pech oder Zel­lu­lose her­stellen. Je nach Oxi­da­tion­stem­per­atur und Ver­bren­nungs­be­din­gun­gen entste­hen hoch-zugfeste Fasern (bei ca. 2600°C) oder beson­ders steife, soge­nan­nte Hochmod­ul-Fasern (bei ca. 3000°C); dazwis­chen liegen Vari­anten mit unter­schiedlichen Eigen­schaften zwis­chen diesen Extremen.

Nach der Her­stel­lung erhält die Kohlen­stoff­fas­er eine Ober­flächen­be­hand­lung in Form ein­er Beschich­tung, die sie im Ver­lauf der weit­eren Ver­ar­beitung vor Beschädi­gun­gen schützt und später die Haf­tung zur umgeben­den Harz­ma­trix verbessert.

Als Kohlen­stoff­fasern in den späten 60er Jahren zum ersten mal kom­merziell pro­duziert wur­den, lagen die Preise für ein­fache, hochfeste Qual­itäten bei ca. EUR 300/Kg. Bis 1996 war die weltweite Pro­duk­tion auf etwa 7000t pro Jahr gestiegen und der Preis für die gle­iche Qual­ität Fasern lag nur noch bei EUR 20–50/Kg. Kohlen­stoff­fasern wer­den entsprechend ihrer mech­a­nis­chen Eigen­schaften ein­ge­ord­net; man unterteilt in: Hochfest (HS), mit­tleres Mod­ul (IM), Hochmod­ul (HM) und ultra-Hochmod­ul (UHM). Der Durchmess­er der Einzelfil­a­mente liegt bei ca. 5–7mm. Kohlen­stoff­fasern haben die höch­ste, spez­i­fis­che Fes­tigkeit aller bekan­nten Fasern, sie sind extrem beständig sowohl in gegen Zug- als auch gegen Druck­las­ten und ihre Wider­stands­fähigkeit gegen chemis­che Zer­set­zung, Ermüdung und Kriechen ist unerr­e­icht. Ihre Schlagzähigkeit dage­gen ist deut­lich schlechter als die von Glas oder Aramid, wobei ins­beson­dere die HM- und UHM-Fasern hier deut­liche Schwächen haben.