Kohlefasern / Carbon

Teile aus CFK (Kohlefaserverstärkte Kunststoffe) können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden: Injektionsverfahren, Handlaminat, Infusionsverfahren und Nasspressen. Durch das geringe Gewicht und die hohe Festigkeit schlagen Kohlefasern Stahl und Aluminium um Längen.

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CFK besteht aus Carbonfasern, die in eine Kunstharzmatrix eingebettet sind. Die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Verbundswerkstoffs werden hauptsächlich durch die Zugfestigkeit und Steifigkeit der Carbondasern bestimmt. Das sich die Fasern unter Belastung gegeneinander verschieben wird durch die Matrix verhindert. In erster Linie profitiert der Verbundwerkstoff von den Eigenschaften des Fasermaterials, deshalb wird in der Regel ein möglichst hoher Faservolumenanteil angestrebt: so viel Faser wie möglich, so wenig Matrix wie möglich, keine Lufteinschüsse oder Hohlräume, aber alle Faseroberflächen müssen mit Matrix benetzt sein.

Manchmal werden die einzelnen Faserlagen in unterschiedlichen Richtungen angeordnet um die Festigkeit und Steifigkeit des aus CFK hergestellten Materials auszugleichen. Die Festigkeit ist nämlich in Faserrichtung wesentlich höher als quer zur Faser. Quer zur Faser ist die Festigkeit geringer als bei einer unverstärkten Matrix.

Die vollständige Auslegung eines Bauteils wird in der Regel durch Berechnungen nach der klassischen Laminierungstheorie unterstützt welche die Grundlage einer Vielzahl von Berechnungsprogrammen für faserverstärkte Kunststoffe ist. 

Im Vergleich zu Werkstoffen wie Stahl haben Kohlenstofffasern eine deutlich geringere Dichte. Ihre gewichtsspeziefische Steifigkeit in Faserrichtung ist je nach Fasertyp leicht (ca. 10-15%) oder sogar deutlich (ca. Facktor 2 ) höher als die von Stahl. Das Ergebnis ist ein sehr steifer Werkstoff, der sich besonders für Anwendungen mit einer Hauptbelastungsrichtung eignet, bei denen es auf eine geringe Masse bei gleichzeitig hoher Steifigkeit ankommt.