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Kohlenstofffaser

Kohlenstofffasern (auch Carbonfasern bzw. fälschlicherweise Kohlefasern) sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch an den Rohstoff angepasste chemische Reaktionen in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Man unterscheidet isotrope und anisotrope Typen: Isotrope Fasern besitzen nur geringe Festigkeiten und geringere technische Bedeutung, anisotrope Fasern zeigen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung in axialer Richtung.

 

Die wichtigste Eigenschaft von Kohlenstofffasern als Versteifungskomponente für den Leichtbau ist der E-Modul; die E-Modulwerte der besten Fasern liegen nahe bei dem theoretischen E-Modul von Graphit in a-Richtung.

Typische Eigenschaften von HT-Kohlenstofffasern

Kohlenstofffasern sind elektrisch und thermisch sehr gut leitfähig. Sie haben in Längsrichtung einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Bei Erwärmung werden sie deswegen anfangs kürzer und dicker.

  • Dichte                                                              1,8 g/cm³
  • Filamentdurchmesser                                         6 µm
  • Zugfestigkeit                                                  3530 MPa (N/mm²)
  • Zug-E-Modul                                                    230 GPa
  • Bruchdehnung                                                   1,5 %
  • Spezifische Wärmekapazität                              710 l/(kg·K)
  • Wärmeleitzahl                                                     17 W/(m·K)

  • Wärmeausdehnungskoeffizient:                  -0,1·10−6/K

  • Spezifischer elektrischer Widerstand          1,6·10−5 Ohm·m (= 16 Ω · mm2/m)

Bezeichnungen

  • HT – hochfest (High Tensity / High Tenacity)

  • IM – intermediate (Intermediate Modulus)

  • HM – hochsteif (High Modulus)

  • UM – (Ultra Modulus)

  • UHM – (Ultra High Modulus)

  • UMS – (Ultra Modulus Strength)

  • HMS – hochsteif/hochfest

Unter dem Mikroskop

Eine Kohlenstoff-Faser hat einen Durchmesser von etwa 5–9 Mikrometer. Üblicherweise werden 1.000 bis 24.000 Filamente zu einem Multifilamentgarn (Roving) zusammengefasst, das aufgespult wird. Die Weiterverarbeitung zu textilen Halbzeugen wie z. B. Geweben, Geflechten oder Multiaxialgelegen erfolgt auf Webmaschinen, Flechtmaschinen oder Multiaxial-Wirkmaschinen bzw. im Bereich der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen direkt auf Prepreganlagen, Strangziehanlagen (Pultrusionsanlagen) oder Wickelmaschinen.

Als Kurzschnittfasern können sie Polymeren beigemischt und über Extruder- und Spritzgussanlagen zu Kunststoffbauteilen verarbeitet werden. Neben diesen Niederfilament-Typen gibt es auch sogenannte HT-Typen mit 120.000 bis 400.000 Einzelfasern, die hauptsächlich zu Kurzschnittfasern, aber auch zu textilen Gelegen verarbeitet werden. Es ist auch möglich, solche Heavy Tows mit Subtows, z. B. in der Form von siebenmal 60.000 Einzelfilamenten, herzustellen.

 

Die Fasern werden überwiegend zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK = Carbonfaserverstärkter Kunststoff) benutzt. Aus dem Englischen stammend wird auch die Abkürzung CFRP (amerikanisches englisch Carbon Fiber Reinforced Plastic) benutzt.

 

Quelle Wikipedia

Vom Rohstoff zum Carbonbike

Twill 2/2 3K Filamente Carbonbike
Carbongewebe Twill 2/2 3K Filamente

Seit der Einführung von Carbon in der Radsportszene Ende der 90er, Anfang der 2000er Jahre, hat die Fahrradindustrie die Grenzen der Machbarkeit zu immer leichteren, steiferen Bikekomponenten verschoben, sowie eindrückliche Formgebung und Designs eingeführt, welche mit herkömmlichen, metallischen Werkstoffen nicht möglich gewesen wären.

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