Carbonfasern: Herstellung und Eigenschaften
Die Herstellung der heute vorwiegend auf Polyacrylnitril (PAN)-Fasern basierenden Carbonfasern (C-Fasern) führt verfahrenstechnisch auf zwei Stufen (Pyrolisieren bei 300°C und Carbonisieren bei 1600°C) zur sog. NF (niederfest)- und HF (hochfest)-Faser. Im nächten Verfahrenschritt (Graphitieren bei 3000°C) wird daraus die HM (Hochmodul-) und UHM (Ultrahochmodul) –Faser.
Naturgemäß werden die Fasern während der Herstellung gereckt. Die NF- und HF-Fasern dienen als Filtermedien, Katalysatorträger und Verstärkungsfaser in Verbundwerktstoffen. Sie weisen vorzügliche Ablationseigenschaften auf.
Der verhältnismäßige niedrige elektrische Widerstand hat dazu geführt, sie in flexiblen Heizelementen und überall dort anzuwenden, wo ein biegsamer, nicht metallischer elektrischer Leiter benötigt wird. Die HM- und UHM-Fasern ermöglichen wegen ihres sehr hohen E-Moduls und des dadurch bedingten hohen Steifigkeits/Dichteverhältnisses die Herstellung von Verbundkonstruktionen mit einer drei- bis neunmal so hohen Steifigkeit wie bei der Verwendung von Titan, Stahl bzw. Aluminium.
Die Weiterentwicklung der HF-Typen auf PAN-Basis zielt vor allem auf eine Steigerung der Bruchdehnung bis 2% bei gleichzeitiger Steigerung des E-Moduls und der Zugfestigkeit ab. Bei den HM-Typen wird eine weitere Steigerung des E-Moduls bei gleichzeitiger Erhöhung der Bruchdehnung angestrebt. Es gibt auch Intermediat-Typen (IM), sie weisen eine erhöhte Bruchdehnung und Festigkeit bei einem verhältnismäßig hohen E-Modul auf. Bei Weiterentwicklung der C-Fasern muss jedoch beachtet werden, dass der Matrixwerkstoff eine Bruchdehnung von höchstens 2-3% aufweist.
Bei einer ebenso hohen Bruchdehnung der Fasern würden diese keine Last mehr aufnehmen können. Typische Einsatzgebiete von Carbonfasern sind der Flugzeugbau, der Motorsport, die Robotik, Orthetik sowie die Sportgeräteindustrie.
Hinweis: Um die Carbongewebe oder Carbongelege schnittfest auszurüsten, können diese auf Wunsch mit einem PA-Vlies oder Binder ausgerüstet werden.
