Was ist Kohlefaser?

Carbonfaser ist genau das, wonach es sich anhört - Faser aus Carbon. Diese Fasern sind jedoch nur eine Basis. Was allgemein als Kohlenstofffaser bezeichnet wird, ist ein Material, das aus sehr dünnen Filamenten von Kohlenstoffatomen besteht. Wenn es durch Hitze, Druck oder Vakuum mit Kunststoff-Polymerharz zusammengebunden wird, entsteht ein Verbundwerkstoff, der sowohl fest als auch leicht ist.

Ähnlich wie bei Stoffen, Biberdämmen oder Rattanstühlen liegt die Stärke der Kohlefaser im Geflecht. Je komplexer das Gewebe ist, desto haltbarer ist der Verbundstoff. Es ist hilfreich, sich ein Drahtgitter vorzustellen, das mit einem anderen Gitter in einem Winkel und einem anderen in einem etwas anderen Winkel usw. verwoben ist, wobei jeder Draht in jedem Gitter aus Kohlefaserlitzen besteht. Stellen Sie sich nun dieses Netz von Sieben vor, die mit flüssigem Kunststoff getränkt und dann gepresst oder erhitzt werden, bis das Material miteinander verschmilzt. Der Winkel des Gewebes sowie das mit der Faser verwendete Harz bestimmen die Festigkeit des Gesamtverbundes. Das Harz ist am häufigsten Epoxidharz, kann aber auch Thermoplast, Polyurethan, Vinylester oder Polyester sein.

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Alternativ kann eine Form gegossen und die Kohlenstofffasern darüber aufgebracht werden. Der Kohlenstofffaserverbundwerkstoff wird dann oft durch einen Vakuumprozess aushärten gelassen. Bei diesem Verfahren wird die Form verwendet, um die gewünschte Form zu erreichen. Diese Technik wird für unkomplizierte Formulare bevorzugt, die bei Bedarf benötigt werden.

Kohlefasermaterial hat ein breites Anwendungsspektrum, da es in grenzenlosen Formen und Größen mit verschiedenen Dichten geformt werden kann. Kohlenstofffasern werden oft zu Schläuchen, Geweben und Stoffen geformt und können individuell zu einer beliebigen Anzahl von Verbundteilen und -teilen geformt werden.

Gemeinsame Verwendungen von Kohlefaser

• High-End-Automobilkomponenten
• Fahrradrahmen
• Angeln
• Schuhsohlen
• Baseball Schläger
• Schutzhüllen für Laptops und iPhones

Das Apollo IE Hypercar. Martyn Lucy / Getty Images 

Weitere exotische Verwendungszwecke finden sich in:

• Luft- und Raumfahrtindustrie
• Öl-und Gasindustrie
• Unbemannte Luftfahrzeuge
• Satelliten
• Formel-1-Rennwagen

Einige würden jedoch argumentieren, dass die Möglichkeiten für Kohlefasern nur durch die Nachfrage und die Vorstellungskraft des Herstellers begrenzt sind. Nun ist es sogar üblich, Kohlenstofffasern zu finden in:

• Musikinstrumente
• Möbel
• Kunst
• Strukturelemente von Gebäuden
• Brücken
• Windkraftanlagenblätter

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Wenn man sagen könnte, dass Kohlenstofffasern irgendwelche Nachteile haben, wären dies die Produktionskosten. Kohlenstofffasern lassen sich nicht leicht in Massen herstellen und sind daher sehr teuer. Ein Kohlefaser-Fahrrad kostet leicht Tausende von Dollar, und seine Verwendung in der Automobilindustrie ist immer noch auf exotische Rennwagen beschränkt. Kohlefaser ist bei diesen Artikeln beliebt, und andere sind aufgrund ihres Gewichts-Festigkeits-Verhältnisses und ihrer Flammenbeständigkeit so beliebt, dass es einen Markt für Kunststoffe gibt, die wie Kohlefaser aussehen. Imitationen bestehen jedoch oft nur teilweise aus Kohlefaser oder einfach aus Kunststoff, um wie Kohlefaser auszusehen. Dies tritt häufig in After-Market-Schutzgehäusen für Computer und andere kleine Unterhaltungselektronik auf.

Der Vorteil ist, dass Karbonfaserteile und -produkte, wenn sie nicht beschädigt werden, buchstäblich für immer halten. Dies macht sie zu einer guten Investition für die Verbraucher und hält auch die Produkte im Umlauf. Wenn ein Verbraucher beispielsweise nicht bereit ist, für eine Reihe brandneuer Carbonfaser-Golfschläger zu zahlen, besteht die Möglichkeit, dass diese Schläger auf dem Sekundärmarkt für gebrauchte Schläger auftauchen.

Kohlefaser wird oft mit Glasfaser verwechselt, und obwohl es Ähnlichkeiten bei der Herstellung und einige Überschneidungen bei Endprodukten wie Möbeln und Automobilformteilen gibt, sind sie unterschiedlich. Fiberglas ist ein Polymer, das eher mit gewebten Quarzglasfasern als mit Kohlenstoff verstärkt ist. Kohlefaserverbundwerkstoffe sind fester, während Glasfaser flexibler ist. Und beide haben verschiedene chemische Zusammensetzungen, die sie für verschiedene Anwendungen besser geeignet machen.

Das Recycling von Kohlefasern ist sehr schwierig. Die einzige verfügbare Methode für ein vollständiges Recycling ist ein Prozess, der als thermische Depolymerisation bezeichnet wird und bei dem das Kohlefaserprodukt in einer sauerstofffreien Kammer überhitzt wird. Der freiwerdende Kohlenstoff kann dann gesichert und wiederverwendet werden, und das verwendete Bindemittel oder verstärkte Material (Epoxidharz, Vinyl usw.) wird weggebrannt. Kohlenstofffasern können bei niedrigeren Temperaturen auch manuell abgebaut werden, das resultierende Material ist jedoch aufgrund der verkürzten Fasern schwächer und wird daher wahrscheinlich nicht in seiner idealsten Anwendung verwendet. Beispielsweise kann ein großes Stück Schlauch, das nicht mehr verwendet wird, aufgeteilt und die restlichen Teile für Computergehäuse, Aktentaschen oder Möbel verwendet werden.

Kohlefaser ist ein unglaublich nützliches Material für Verbundwerkstoffe und wird den Marktanteil im verarbeitenden Gewerbe weiter erhöhen. Wenn mehr Methoden zur wirtschaftlichen Herstellung von Kohlefaserverbundwerkstoffen entwickelt werden, wird der Preis weiter sinken und mehr Industrien werden von diesem einzigartigen Material profitieren.