Faserverbundwerkstoffe seit 1985

Technische Hinweise | Kohlenstofffasern

Kohlen¬≠stoff¬≠fasern (auch Car¬≠bon¬≠fasern bzw. Kohle¬≠fasern) sind indus¬≠triell hergestellte Fasern aus kohlen¬≠stoff- halti¬≠gen Aus¬≠gangs¬≠ma¬≠te¬≠ri¬≠alien, die durch Pyrol¬≠yse (Oxi¬≠da¬≠tion und Car¬≠bon¬≠i¬≠sa¬≠tion) in graphi¬≠tar¬≠tig ange¬≠ord¬≠neten Kohlen¬≠stoff umge¬≠wan¬≠delt wer¬≠den. Man unter¬≠schei¬≠det isotrope und anisotrope Typen: Isotrope Fasern besit- zen nur geringe Fes¬≠tigkeit¬≠en und gerin¬≠gere tech¬≠nis¬≠che Bedeu¬≠tung, anisotrope Fasern zeigen hohe Fes¬≠tigkei- ten und Steifigkeit¬≠en bei gle¬≠ichzeit¬≠ig geringer Bruchdehnung in axi¬≠aler Rich¬≠tung. Eine Kohlen¬≠stoff-Fas¬≠er hat einen Durchmess¬≠er von etwa 5‚Äď9 Mikrom¬≠e¬≠ter. √úblicher¬≠weise wer¬≠den 1.000 bis 24.000 Fil¬≠a¬≠mente (Einzelfasern) zu einem Fil¬≠a¬≠ment¬≠garn zusam¬≠menge¬≠fasst, das aufge¬≠spult wird. Die Weit¬≠er- ver¬≠ar¬≠beitung erfol¬≠gt zum Beispiel auf Prepre¬≠gan¬≠la¬≠gen, Web¬≠maschi¬≠nen oder Wirk¬≠maschi¬≠nen zu Hal¬≠bzeu¬≠gen oder tex¬≠tilen Strukturen.

Neben diesen Nieder¬≠fil¬≠a¬≠ment-Typen gibt es auch soge¬≠nan¬≠nte HT-Typen mit 120.000 bis 400.000 Einzelfasern, die haupt¬≠s√§ch¬≠lich zu Kurz¬≠schnit¬≠tfasern, aber auch zu tex¬≠tilen Gele¬≠gen ver¬≠ar¬≠beit¬≠et wer¬≠den. Es ist auch m√∂glich, solche Heavy¬≠Tows mit Subtows z. B. in der Form von sieben¬≠mal 60.000 Einzelfil¬≠a¬≠menten herzustellen. Hier ist Vor¬≠sicht geboten: Die Beze¬≠ich¬≠nung HT kol¬≠li¬≠diert mit der √ľblichen Charak¬≠ter¬≠isierung der Fasern. Auch dort wird HT als Abk√ľrzung benutzt, meint aber hochfest (von High Ten¬≠si¬≠ty oder High Tenac¬≠i¬≠ty). Dies ist
die weitaus √ľblichere Bedeutung.

Zur Weit¬≠er¬≠ver¬≠ar¬≠beitung wer¬≠den die einzel¬≠nen Fasern zu soge¬≠nan¬≠nten Fil¬≠a¬≠ment¬≠gar¬≠nen zusam¬≠menge¬≠fasst. Diese Gar¬≠ne wer¬≠den auch als Rov¬≠ing beze¬≠ich¬≠net. G√§ngig sind hier die Typen mit 67tex (1K), 200tex (3K), 400tex (6K), 800tex (12K), 1600tex (24K) und 48 bzw. 50K, in sel¬≠te¬≠nen F√§llen wer¬≠den auch Gar¬≠ne mit 80K ver¬≠wen¬≠det. Die Angabe 200tex ste¬≠ht dabei f√ľr ein Gewicht von (200 g)/(1000 m) und 1K bedeutet, dass 1000 Einzelfasern zu einem Garn zusam¬≠menge¬≠fasst sind. Geschnit¬≠ten zu Kurz¬≠fasern oder gemahlen k√∂n¬≠nen sie Kun¬≠st¬≠stof¬≠fen (Harze oder auch Ther¬≠mo¬≠plas¬≠te) zugegeben wer¬≠den um eine Leit¬≠f√§higkeit zu erzeu¬≠gen. Damit lassen sich zum Beispiel Heiz¬≠pas¬≠ten her¬≠stellen. Die Fasern wer¬≠den √ľber¬≠wiegend zur Her¬≠stel¬≠lung von kohlen¬≠stoff¬≠faserver¬≠st√§rk¬≠tem Kun¬≠st¬≠stoff (CFK = Car¬≠bon- faserver¬≠st√§rk¬≠ter Kun¬≠st¬≠stoff) benutzt. Aus dem Englis¬≠chen stam¬≠mend wird auch die Abk√ľrzung CFRP (englisch Car¬≠bon Fibre Rein¬≠forced Plas¬≠tic) benutzt.

Gebräuch­liche Beze­ich­nun­gen zur Charak­ter­isierung der Fasern sind:
  •  HT ‚Äď hochfest (High Ten¬≠si¬≠ty / High Tenacity)
  •  IM ‚Äď inter¬≠me¬≠di¬≠ate (Inter¬≠me¬≠di¬≠ate Modulus)
  •  HM ‚Äď hochsteif (High Modulus)
  • UM ‚Äď (Ultra Modulus)
  • UHM ‚Äď (Ultra High Modulus)
  • UMS ‚Äď (Ultra Mod¬≠u¬≠lus Strength)
  • HMS ‚Äď hochsteif/hochfest

Legende

Der gr√∂√üte Teil der heute gebr√§uch¬≠lichen Hochleis¬≠tungs¬≠fasern (HT/IM) wird durch Sta¬≠bil¬≠isierungsreak¬≠tio¬≠nen an Luft und anschlie√üende Pyrol¬≠yse unter Schutz¬≠gas aus Poly¬≠acryl¬≠ni¬≠tril gefer¬≠tigt. Ihr wesentlich¬≠es Merk¬≠mal ist die hohe Zugfes¬≠tigkeit. Man unter¬≠schei¬≠det Nieder¬≠fil¬≠a¬≠ment- und Mul¬≠ti¬≠fil¬≠a¬≠ment¬≠gar¬≠ne (englisch Heavy¬≠Tow). Bei let¬≠zteren wer¬≠den die g√ľn¬≠stigeren Fer¬≠ti¬≠gung¬≠stech¬≠nolo¬≠gien der Tex¬≠tilin¬≠dus¬≠trie genutzt, daher sind sie am kosteng√ľnstigsten.

Technische Hinweise Kohlefasern Grafiken

Neben PAN kom­men noch Ray­on (Viskose bzw Zel­lus­lose) oder Pech als Aus­gangs­ma­te­r­i­al in Frage. Aus Viskose gefer­tigte Fasern wer­den zumeist als Isolier­ma­te­r­i­al einge­set­zt. Aus Pech lassen sich HM (High Mod­u­lus also hohe Steifigkeit) bzw HMS-Fasern (gle­ichzeit­ig hohe Zugfes­tigkeit) her­stellen. Der Prozess ist allerd­ings aufwendig und recht teuer. Daher wer­den diese Fasern nur in sel­te­nen Fällen eingesetzt

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