Kohlenstofffaser – Der König der neuen Werkstoffe

Einführung in die Kohlenstofffaser


Kohlenstofffaser Es handelt sich um einen hochfesten, hochmoduligen neuen Faserwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von über 95 %. Es ist ein mikrokristallines Graphitmaterial, das durch Karbonisierungs- und Graphitisierungsprozesse von organischen Fasern – bestehend aus gestapelten, blattartigen Graphitkristalliten, die entlang der Faserachse ausgerichtet sind – gewonnen wird.

Kohlenstofffaser Es ist leichter als Aluminium und dennoch fester als Stahl. Es zeichnet sich durch Korrosionsbeständigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul, geringe Dichte, Kriechfestigkeit, hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, Beständigkeit gegenüber extrem hohen Temperaturen in nicht-oxidierenden Umgebungen und überlegene Dauerfestigkeit aus. Durch die Kombination der intrinsischen Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien mit der Weichheit und Verarbeitbarkeit von Textilfasern findet es breite Anwendung in Branchen wie Verteidigung und Militär, Luft- und Raumfahrt, Sportgeräte, Automobilindustrie, Energietechnik, Medizintechnik, Baumaschinen, Transportwesen und Strukturverstärkung. Es ist ein strategisch wichtiger Werkstoff für die Entwicklung der nationalen Verteidigung und der Volkswirtschaft.

Klassifizierung von Kohlenstofffasern

Nach Rohmaterial: Kohlenstofffasern werden im Wesentlichen in drei Typen unterteilt: viskosebasierte, pechbasierte und polyacrylnitrilbasierte (PAN) Kohlenstofffasern. PAN-basierte Kohlenstofffasern gelten aufgrund ihres einfachen Herstellungsverfahrens, der geringeren Kosten, der hohen Karbonisierungsausbeute und der hervorragenden mechanischen Eigenschaften als vielversprechendste Ausgangsmaterialien für die Produktion von Hochleistungskohlenstofffasern. Sie bieten die beste Gesamtleistung, basieren auf ausgereiften und einfachen Produktionsverfahren und zeichnen sich durch ein breites Anwendungsspektrum, höchste Produktionsmengen und die größte Typenvielfalt aus. Sie dominieren den Weltmarkt und machen über 90 % der weltweiten Gesamtproduktion aus.
Nach Leistung: Kohlenstofffasern lassen sich in verschiedene Typen einteilen: Allzweckfasern, hochfeste Fasern (GQ), hochfeste Fasern mit mittlerem Elastizitätsmodul (QZ), hochmodulige Fasern (GM) und hochfeste Fasern mit hohem Elastizitätsmodul (QM). Aufgrund der führenden Position von Toray Industries in diesem Bereich haben sich deren Produktbezeichnungen als Industriestandards etabliert. Die Produkte werden im Allgemeinen in die hochfeste „T“-Serie und die hochmodulige „M“-Serie kategorisiert (spezifische Modelle sind unten aufgeführt). Höhere Zahlen stehen für höhere Leistungsklassen, und Fasern mit einem Zusatzbuchstaben sind leistungsfähiger als solche ohne (z. B. ist T300B leistungsfähiger als T300).
Nach Schleppzuggröße: Kohlenstofffasern werden in Feinfaser- und Großfasertypen unterteilt. Feinfaser-Kohlenstofffasern umfassten ursprünglich hauptsächlich die Typen 1K, 3K und 6K, bevor sie um 12K und 24K erweitert wurden. Sie werden vorwiegend in Hightech-Branchen wie der Verteidigung und der Luft- und Raumfahrt (Flugzeuge, Raketen, Flugkörper und Satelliten) sowie in Sport- und Freizeitartikeln wie Angelausrüstung, Golfschlägern und Tennisschlägern eingesetzt. Kohlenstofffasern mit einem Faserdurchmesser von 48K oder höher – einschließlich 48K, 60K und 80K – werden im Allgemeinen als Großfaser-Kohlenstofffasern klassifiziert. Sie finden vorwiegend in industriellen Anwendungen Verwendung, beispielsweise in der Textilindustrie, im Gesundheitswesen, in der Elektromechanik, im Bauwesen, im Transportwesen und im Energiesektor.

Eigenschaften von Kohlenstofffasern