Anstelle von Glasfasern werden für besondere Anwendungen Kohlefasern (Carbon-Fasern, C-Fasern) als Armierung in die Profile eingezogen. Als Matrix wird vorwiegend Epoxydharz verwendet.
Der grösste Unterschied in den Eigenschaften von Kohlefaser-Profilen (CFK) im Vergleich zu den Glasfaser-Profilen (GFK) ist die viel höhere Steifigkeit (längs).
Durch den wesentlich höheren Preis ist der Einsatz-Bereich noch immer begrenzt auf Hightech-Anwendungen im Bereich Medizinaltechnik, Roboter, Textilmaschinen, Sportgeräte, Automobil- und Flugzeugtechnik etc.
Die heute verwendeten Kohlenstoff-Fasern werden hauptsächlich mit den Ausgangsmaterialien Polyacrylnitrilfasern (PAN) oder regenerierte Cellulose (Reyon) hergestellt. In einem mehrstufigen Verfahren werden diese sog. Pre-Curser zuerst stabilisiert und dann bei über 1000°C carbonisiert.
Die End-Temperatur dieses Prozesses bestimmt den C-Faser-Typ:
> HT-Faser (Hochfestigkeitsfaser): bei 1200°C bis 1450 °C
> HM-Faser (Hochmodulfaser): bis 2500 °C.
Eine Schlichte, vorwiegend auf Epoxy-Basis, schützt die brüchigen Fasern vor Beschädigungen und erleichtert die spätere Verarbeitung. Nebst den grossen Vorteilen der sehr hohen (Längs-)Steifigkeit muss beachtet werden, dass die C-Fasern senkrecht zur Faserlängsachse wesentlich andere Festig-
keitswerte aufweisen, bedingt durch den strukturellen Aufbau der Faser.
Auch andere physikalische Eigenschaften wie z.B. die Wärmeleitfähigkeit oder das Wärmedehnverhal-
ten zeigen deutliche Unterschiede. Zudem: durch die Kohlefaser werden die CFK-Profile oder -Bauteile elektrisch leitend !
Ausser einem begrenzten Standard-Programm an (kleinen) Rohren, Stäben und Platten sind Halb-
Fabrikate und Bauteile aus Kohlefaser-Epoxy in der Regel aus Sonderfertigung erhältlich.
Wir fertigen Profile und Bauteile mit höchster Präzision, wenn nötig im Hunderdstel-Bereich.
Materialeigenschaften Uebersicht und Vergleich Nachfolgend werden die mechanischen Eigenschaften von zwei Kohlefaser-Profil-Qualitäten mit Glasfaserverstärkten Profilen verglichen: |
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Qualität> | Kohlefaser-Epoxy | Kohlefaser-Epoxy | Glasfaser-Polyester |
Unidirektional | 80%= / 20%+ / -6 | Rovings + Matte | |
Eigenschaft: | (HT-Faser) | (HMHT-Faser) | (E-Glas) |
Fasergehalt Gew.% | 68 | 68 | 60 |
Dichte g/cm3 | 1,55 | 1,54 | 1,76 |
Zugfestigkeit MPa | 1750 | 670 | 320 |
Zug-E-Mod. GPa | 140 | 200 | 20 |
Reissdehung % | 1,60 | 1,00 | 3,70 |
Biegefestigk. MPa | 1550 | 320 | |
Biege-E-Mod. GPa | 120 | 190 | 19 |
Diese Werte wurden Probekörpern gemessen und miteinander verglichen und gelten als Richtwerte) |