Wie Carbonfasern hergestellt werden | Supreem Carbon Expertenratgeber

Wie Carbonfasern hergestellt werden: Der Produktionsprozess

Kohlefaserwird hauptsächlich aus Polyacrylnitril (PAN), einer Vorläuferfaser, in einem komplexen mehrstufigen Herstellungsprozess hergestellt. Die Produktion beginnt mit dem Strecken und Stabilisieren der PAN-Fasern, gefolgt von einer Hochtemperaturkarbonisierung in einer inerten Atmosphäre bei bis zu 2.000–3.000 °C. Dieser Prozess entfernt Nicht-Kohlenstoffelemente, sodass fest gebundene Kohlenstoffatome in einer kristallinen Struktur zurückbleiben. Das Ergebnis ist eine Faser, die für ihr außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Steifigkeit bekannt ist.

Hersteller können auch alternative Ausgangsstoffe wie Pech oder Viskose verwenden, doch PAN ist der Industriestandard und macht etwa 90 % der weltweiten Produktion aus. Die fertige Kohlefaser wird dann für die Verbundwerkstoffherstellung gewebt oder in verschiedene Formen geschnitten.

Was sind die wichtigsten Schritte bei der Herstellung von Kohlefasern?

• Spinnen:Herstellung von Vorläuferfasern aus PAN oder anderen Materialien.
• Stabilisierung:Erhitzen der Fasern in der Luft auf 200–300 °C zur chemischen Bindung.
• Verkohlung:Erhitzen der Fasern auf 1000–3000 °C in einer inerten Atmosphäre.
• Oberflächenbehandlung:Verbesserung der Faserhaftung an Harzmatrizen.
• Größe:Auftragen von Schutzbeschichtungen für Handhabung und Verträglichkeit.

Wie wirkt sich die Qualität der Kohlefasern auf die Leistung der Teile aus?

Die Qualität der Kohlefasern ist entscheidend. Fasern mit höherer Zugfestigkeit (typischerweise 3,5 GPa bis 7 GPa) und höherem Elastizitätsmodul (230–600 GPa) ergeben leichtere, stabilere Bauteile für die Luft- und Raumfahrt, den Automobilbau und Sportartikel. Ein gleichmäßiger Faserdurchmesser und eine einheitliche Oberflächenbehandlung verbessern die Harzbindung und erhöhen so die Ermüdungsbeständigkeit und Haltbarkeit. Käufer sollten die Datenblätter der Lieferanten prüfen und Zertifizierungen anfordern, um sicherzustellen, dass das Material den anwendungsspezifischen Anforderungen entspricht.

Warum ist Kohlefaser im Vergleich zu anderen Materialien teuer?

Die Kosten für Kohlefasern bleiben aufgrund der energieintensiven Produktion, der Rohstoffkosten und der Spezialausrüstung hoch. Ab 2024 kosten PAN-basierte Kohlefasern etwa 15–25 US-Dollar pro Pfund und sind damit deutlich teurer als Glasfasern. Ihr hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht rechtfertigt jedoch die Investition in Hochleistungsanwendungen. Fortschritte in der Fertigung können die Kosten im Laufe der Zeit senken, da bei steigender Nachfrage Skaleneffekte möglich sind.

Was sollten Industriekäufer vor dem Kauf von Kohlefaserteilen beachten?

Industriekäufer sollten Folgendes bewerten:

• Bewerbungsvoraussetzungen:Mechanische Eigenschaften, Umweltbeständigkeit, Lebensdauer.
• Fasertyp und -qualität:Niedriger Modul für Flexibilität, hoher Modul für Steifheit.
• Matrixkompatibilität:Stellen Sie sicher, dass die Harzsysteme zur Fasergröße passen, um eine optimale Bindung zu gewährleisten.
• Lieferantenzuverlässigkeit:Zertifizierungen, Qualitätskontrolle, Vorlaufzeiten und Skalierbarkeit.
• Kosten vs. Leistung:Abwägung von Budgetbeschränkungen und Produktanforderungen.

Wie hat sich die Kohlefaserindustrie in letzter Zeit entwickelt?

Der globale Markt für Kohlefasern wurde im Jahr 2023 auf rund 4,8 Milliarden US-Dollar geschätzt, wobei bis 2030 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 10–12 % erwartet wird. Innovationen bei Ausgangsmaterialien, Recyclingverfahren und automatisierter Fertigung haben die Anwendungsgebiete über die Luft- und Raumfahrt hinaus auf die Automobilindustrie, die Windenergie und die Unterhaltungselektronik ausgeweitet. Nachhaltige Verfahren, darunter die Wiederverwendung von Kohlefasern und biobasierte Ausgangsstoffe, gewinnen an Bedeutung, um die Umweltbelastung zu reduzieren.

Als Beschaffungsspezialist ist es hilfreich, über technologische Trends und Marktdynamiken auf dem Laufenden zu bleiben, um überlegeneCarbonfaserteileauf die zukünftigen Anforderungen der Branche ausgerichtet.