Wie wird Carbonfaser hergestellt? | Supreem Carbon Expertenratgeber

Verständnis der Carbonfaserproduktion und -beschaffung für die Carbonfaserteileindustrie

Kohlefaserhat zahlreiche Branchen revolutioniert, von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zu Sportgeräten und dem Bauwesen, dank seines außergewöhnlichen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, seiner hohen Steifigkeit und seiner chemischen Beständigkeit. Dieser Leitfaden vermittelt wichtiges Wissen für Fachleute in derCarbonfaserteileIndustrie, die beschaffen möchteKohlefasermaterialieneffektiv.

Basierend auf aktuellen Online-Suchen zur Herstellung von Kohlefasern umfassen häufige Benutzerfragen und Interessensgebiete:

1. Welche verschiedenen Methoden zur Herstellung von Kohlefasern gibt es?

Das gängigste Verfahren ist das Polyacrylnitril-Verfahren (PAN). Dabei werden PAN-Fasern gestreckt und anschließend in sauerstofffreier Umgebung schrittweise auf sehr hohe Temperaturen erhitzt. Dieser Prozess karbonisiert die Faser, wobei hauptsächlich Kohlenstoffatome fest miteinander verbunden bleiben. Weitere Verfahren sind pech- und viskosebasierte Verfahren, jeweils mit unterschiedlichen Kosten und resultierenden Fasereigenschaften.

• PAN-basiert: Bietet das beste Verhältnis zwischen Stärke und Kosten und wird daher am häufigsten verwendet.
• Auf Pechbasis: Erzeugt Fasern mit extrem hoher Steifigkeit, geeignet für spezielle Anwendungen.
• Auf Viskosebasis: Eine ältere Methode, die aufgrund geringerer Leistung und höherer Kosten heute weniger verbreitet ist.

2. Welche Schlüsseleigenschaften sind bei der Auswahl von Kohlefasern zu berücksichtigen?

Bei der Auswahl von Kohlefasern für bestimmte Anwendungen sind mehrere Eigenschaften entscheidend. Dazu gehören:

• Zugfestigkeit: Die Kraft, der eine Faser standhalten kann, bevor sie bricht. Gemessen in MPa (Megapascal) oder KSI (Kilopfund pro Quadratzoll).
• Zugmodul (Steifigkeit): Ein Maß für den Widerstand einer Faser gegen Verformung unter Belastung. Gemessen in GPa (Gigapascal) oder MSI (Millionen Pfund pro Quadratzoll).
• Dichte: Die Masse pro Volumeneinheit. Kohlenstofffasern werden wegen ihrer geringen Dichte (typischerweise etwa 1,75–1,85 g/cm³) geschätzt.
• Dehnung: Die Menge, um die sich eine Faser dehnen kann, bevor sie reißt, ausgedrückt als Prozentsatz.
• Faserdurchmesser: Wird normalerweise in Mikrometern (µm) gemessen. Beeinflusst die Oberfläche und die Bindung mit Harz.

Verschiedene Carbonfaserqualitäten bieten in diesen Kategorien unterschiedliche Leistungen. Beispielsweise liegt der Schwerpunkt bei hochfesten Carbonfasern auf der Zugfestigkeit, während bei hochmoduligen Fasern die Steifigkeit im Vordergrund steht.

3. Welche verschiedenen Arten von Kohlenstofffasergeweben gibt es und welche Anwendungen gibt es dafür?

Kohlefasern werden häufig zu Geweben für die Herstellung von Verbundwerkstoffen verarbeitet. Gängige Webmuster sind:

• Leinwandbindung: Ein einfaches Über-Unter-Muster, das eine gute Stabilität bietet und relativ preiswert ist.
• Köperbindung: Ein diagonales Rippenmuster, das eine bessere Drapierbarkeit (Anpassung an komplexe Formen) und ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild bietet. Beispiele sind 2x2-Köper und 4x4-Köper.
• Satinbindung: Diese Bindung weist weniger Verflechtungen als Leinwand- oder Köperbindungen auf, was zu einer besseren Drapierbarkeit und einer glatteren Oberfläche führt. Wird häufig für ästhetische Teile verwendet.
• Unidirektional: Alle Fasern sind in eine Richtung ausgerichtet, was maximale Festigkeit und Steifigkeit in dieser Richtung gewährleistet. Wird in Anwendungen verwendet, bei denen die Belastung hauptsächlich in eine Richtung wirkt.

Die Wahl der Webart hängt von den Anforderungen der Anwendung hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit, Aussehen und einfacher Herstellung ab.

4. Welche Harze werden üblicherweise mit Kohlefasern verwendet?

Kohlefaser wird typischerweise mit einer Harzmatrix kombiniert, um einen Verbundwerkstoff zu erzeugen. Gängige Harze sind:

• Epoxid: Das am häufigsten verwendete Harz aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften, chemischen Beständigkeit und Haftung an Kohlefasern.
• Polyester: Eine kostengünstigere Alternative zu Epoxid, geeignet für weniger anspruchsvolle Anwendungen.
• Vinylester: Bietet eine bessere Korrosionsbeständigkeit als Polyester und gute mechanische Eigenschaften.
• Phenolisch: Wird aufgrund seiner hervorragenden Feuerbeständigkeit in Hochtemperaturanwendungen verwendet.

Die Wahl des Harzes hat erhebliche Auswirkungen auf die Eigenschaften, Kosten und Verarbeitungsanforderungen des endgültigen Verbundwerkstoffs.

5. Was sind die wichtigsten Aspekte der Qualitätskontrolle bei Kohlefaserteilen?

Die Sicherstellung der Qualität von Kohlefaserteilen ist entscheidend. Wichtige Aspekte sind:

• Faservolumenanteil: Das Verhältnis von Kohlenstofffasern zu Harz im Verbundwerkstoff. Die Optimierung dieses Verhältnisses ist entscheidend für das Erreichen der gewünschten mechanischen Eigenschaften. Typische Werte liegen zwischen 50 % und 70 %.
• Hohlraumgehalt: Das Vorhandensein von Luftblasen im Verbundwerkstoff. Ein hoher Hohlraumgehalt kann die Festigkeit und Steifigkeit erheblich verringern. Zerstörungsfreie Prüfverfahren wie die Ultraschallprüfung können Hohlräume erkennen.
• Faserausrichtung: Die korrekte Ausrichtung der Fasern ist entscheidend für maximale Festigkeit und Steifigkeit in den gewünschten Richtungen. Eine Fehlausrichtung kann zu vorzeitigem Versagen führen.
• Aushärtungsqualität: Die richtige Aushärtung des Harzes ist entscheidend für optimale mechanische Eigenschaften. Mithilfe der Differenzial-Scanning-Kalorimetrie (DSC) lässt sich der Aushärtungsgrad beurteilen.
• Oberflächenbeschaffenheit: Die Oberflächenbeschaffenheit sollte den Anforderungen der Anwendung an Ästhetik und Funktionalität entsprechen. Oberflächenrauheit kann die Haftung in Klebeverbindungen beeinträchtigen.

Um die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Kohlefaserteilen sicherzustellen, sind wirksame Qualitätskontrollmaßnahmen während des gesamten Herstellungsprozesses von entscheidender Bedeutung.

Durch das Verständnis dieser Aspekte der Kohlefaserproduktion, der Eigenschaften, der Webarten, der Harze und der Qualitätskontrolle können Fachleute in der Kohlefaserteileindustrie fundierte Entscheidungen während der Beschaffungs- und Herstellungsprozesse treffen, was zu qualitativ hochwertigeren Produkten und verbesserter Leistung führt.