Wie Kohlefaserplatten hergestellt werden: Verfahren und Techniken

Die Datengrundlage für diese Abwägungen bilden Materiallieferanten und Berichte aus der Verbundwerkstoffindustrie; die Wahl des Verfahrens sollte sich an den Zielvolumina und den mechanischen Anforderungen orientieren (siehe Referenzen).

Schritt-für-Schritt-Prozess: vom Werkzeug zum fertigen Kohlefaserpanel

Formen- und Werkzeugvorbereitung für die Kohlefaserplattenproduktion

Jede gefertigte Kohlefaserplatte beginnt mit einer Form. Als Werkzeuge stehen Positiv- und Negativformen aus Aluminium, Stahl oder Verbundwerkstoffen zur Verfügung. Wichtige Hinweise:

• Die Oberflächenbeschaffenheit der Form bestimmt die sichtbare Oberflächenbeschaffenheit der Kohlefaserplatte – hochglänzende Formen ergeben Teile in Ausstellungsraumqualität.
• Die thermische Stabilität ist entscheidend für Prozesse, die erhöhte Aushärtungstemperaturen erfordern (Prepreg/Autoklav oder Formpressen).
• Maßtoleranzen und Wiederholgenauigkeit der Form beeinflussen die endgültige Passgenauigkeit der Karosserieteile – ein entscheidender Faktor für Automobilkarosserieteile.

Laminierung: Faserausrichtung, Stapelfolge und Lagenzuschnitt

Beim Laminieren trifft Ingenieurskunst auf handwerkliches Können. Konstrukteure legen eine Stapelfolge fest, die die Lagenwinkel (üblicherweise 0/±45/90°) definiert, um die gewünschte Steifigkeit und Festigkeit zu erreichen. Für große Stückzahlen können automatisierte Lagenzuschnitte und -verklebungen eingesetzt werden; für kundenspezifische Kohlefaserplatten ist das manuelle Laminieren weiterhin üblich. Die korrekte Lagenausrichtung reduziert das Risiko von Delaminationen und gewährleistet, dass die Platte die vorgesehenen Lasten aufnimmt.

Formgebung und Verdichtung: Vakuumsackverfahren, RTM und Autoklav

Nach dem Laminieren wird das Paneel verfestigt und ausgehärtet. Typische Formgebungsverfahren:

• Vakuumsackverfahren: Ein Sack und eine Vakuumpumpe verdichten die Lagen durch gleichmäßigen Druck. Häufig angewendet beim RTM- oder Handlaminieren und als Schritt vor der Ofenhärtung.
• Autoklavhärtung: Durch die Kombination von Hitze und erhöhtem Druck (üblicherweise 0,5–7 bar / 7–100 psi) werden Lufteinschlüsse entfernt und hohe Faservolumenanteile erzielt. Häufig angewendet bei Prepreg-Platten.
• Harzinjektionsverfahren (RTM): Ein trockener Rohling wird in eine geschlossene Form eingelegt und Harz unter Druck eingespritzt, anschließend härtet es aus. RTM liefert eine gute Oberflächengüte auf beiden Seiten und eignet sich für mittlere Produktionsmengen.
• Formpressen: Prepreg-Platten oder SMC-Materialien werden zwischen beheizten Werkzeugen gepresst, um schnelle Zyklen in der Massenproduktion zu ermöglichen.

Die Aushärtungszeiten (Temperatur vs. Zeit) variieren je nach Harzsystem; Epoxid-Prepregs härten oft bei 120–180 °C für 1–4 Stunden aus, abhängig von der chemischen Zusammensetzung und der gewünschten Glasübergangstemperatur (Tg).

Entformen, Beschneiden und sekundäres Verkleben

Nach dem Aushärten werden die Paneele entformt und überschüssiger Grat mittels CNC-Fräsen, Wasserstrahlschneiden oder abrasiven Verfahren entfernt. Je nach Produkt können weitere Montagevorgänge wie Kleben, Nieten oder Umspritzen folgen (z. B. das Anbringen von Befestigungszapfen an einem Automobilpaneel aus Kohlefaser).

Oberflächenveredelung: Klarlack und Lackierung für die Optik von Kohlefaserpaneelen

Sichtbare Kohlefaserpaneele erhalten üblicherweise einen Klarlack, um sie vor UV-Strahlung und Abrieb zu schützen und den Glanz zu verstärken. Die Arbeitsschritte umfassen Schleifen (mit geeigneter Körnung), Spachteln (falls erforderlich), Grundierung, Basislack (falls lackiert) und abschließenden Klarlack. Bei Teilen in Erstausrüsterqualität (OEM) sind Farbanpassung und langlebige Klarlacke in Automobilqualität Standard.

Qualitätskontrolle und Prüfung zuverlässiger Kohlefaserplatten

Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) und mechanische Prüfung

Die Qualitätskontrolle gewährleistet die strukturelle Integrität und Passgenauigkeit. Zu den üblichen Prüfungen gehören:

• Ultraschall-C-Scan: Erkennt innere Hohlräume und Delaminationen.
• Klopfprüfung / akustische Inspektion: Schnelle Überprüfung auf Ablösungen in Betrieben mit geringem Durchsatz.
• Dimensionsprüfung: Koordinatenmessgeräte (KMG) oder Laserscanner überprüfen die Toleranzen von Automobilbauteilen.
• Mechanische Prüfung: Zug-, Biege- und Zwischenlagenscherversuche an Proben im Rahmen der Prozessvalidierung.

Eine konsequente Qualitätskontrolle reduziert Ausfälle im Feld und Gewährleistungskosten. Für kritische Strukturpaneele ist ein dokumentierter, an den Branchenstandards ausgerichteter Qualitätsplan unerlässlich.

Akzeptable Bereiche und Branchenstandards

Typische Zielwerte für hochwertige Kohlenstofffaserplatten sind Faservolumenanteile von 50–60 % (Prepreg-Autoklav-Bauteile) und Porenanteile unter 1–2 % für Strukturbauteile. Handlaminierte Bauteile mit geringerem Volumen weisen häufig Faseranteile unter 40 % und höhere Porenanteile auf, was die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt.

Produktionsausweitung, Kosten und Lieferzeiten für Kohlefaserplatten

Wichtigste Kostentreiber

Zu den Hauptkostenfaktoren einer Kohlefaserplatte gehören:

• Rohstoffkosten: Kohlenstofffasern selbst stellen nach wie vor den größten Einzelkostenfaktor dar. Hochmodulige oder in der Luft- und Raumfahrt verwendete Fasern erzielen deutlich höhere Preise als Standardmodulfasern.
• Werkzeugkosten: Präzise, ​​thermisch stabile Formen sind teuer und amortisieren sich über das Produktionsvolumen.
• Verarbeitung: Autoklavenstunden, Fachkräftebedarf und Zykluszeiten beeinflussen die Kosten pro Teil.
• Endbearbeitung: Hochwertige Klarlacke und Lackierschritte erhöhen den Arbeits- und Materialaufwand.

Als Faustregel gilt: handgelegtkundenspezifische KohlefaserplattenSie sind am wettbewerbsfähigsten bei geringen Stückzahlen und hohem Wert pro Teil, während RTM/Pressformung wirtschaftlich wird, wenn die Stückzahlen mehrere hundert bis tausend Einheiten pro Jahr überschreiten.

Zykluszeiten und Durchsatzbeispiele

Die typischen Aushärtungszeiten variieren je nach Verfahren: Prepreg-/Autoklav-Aushärtungen können 1–4+ Stunden plus Verpackung und Abkühlzeit dauern; RTM-Zyklen dauern bei dünnen Platten 20–60 Minuten; Kompressionsformzyklen können bei einfachen Formen unter 10 Minuten liegen. Diese Werte beeinflussen direkt die Lieferzeit und die Stückkosten.

Einkaufsleitfaden: So bewerten Sie einen Lieferanten von Kohlefaserplatten

Fragen an potenzielle Hersteller von Kohlefaserplatten

Prüfen Sie bei der Beschaffung von Kohlefaserplatten die Kompetenzen und Prozesskontrollen des Lieferanten. Fragen Sie nach:

• Verwendetes Verfahren (Prepreg/Autoklav, RTM, Nasslaminieren, Kompression) und Begründung nach Bauteil.
• Materialspezifikationen und Datenblätter für Fasern und Harze.
• Qualitätskontrollverfahren und Prüfberichte (C-Scan, mechanische Prüfdaten).
• Werkzeugbesitz und Unterstützung bei der Finite-Elemente-Analyse (FEA) für Strukturbauteile.
• Lieferzeiten, Produktionskapazität und Referenzen für ähnliche Projekte.

Klären Sie die Garantiebedingungen und ob der Lieferant Validierungsunterstützung anbietet (z. B. Passformtests, Crashtests für Automobilbauteile).

Supreem Carbon: Kompetenzen, Spezialgebiete und warum Sie sich für sie bei Kohlefaserpaneelen entscheiden sollten

Supreem Carbon, gegründet 2017, ist ein spezialisierter Hersteller von kundenspezifischen Carbonfaserteilen für Automobile und Motorräder. Das Unternehmen vereint Forschung und Entwicklung, Design, Produktion und Vertrieb, um qualitativ hochwertige Produkte und Dienstleistungen anzubieten. Wenn Sie Carbonfaserplatten suchen – ob für Karosserieteile, Motorradverkleidungen oder individuelle Innenausstattungen – bietet Ihnen Supreem Carbon Folgendes:

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• Forschung und Entwicklung sowie technisches Know-how: Die hauseigene Technologieentwicklung mit Schwerpunkt auf Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen trägt dazu bei, die Zykluszeit von der Konstruktion bis zur Produktion zu verkürzen und sicherzustellen, dass die Teile die vorgegebenen mechanischen und ästhetischen Anforderungen erfüllen.
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Besuchen Sie deren Website für Produktkataloge und Kontaktinformationen:https://www.supreemcarbon.com/.

Wie sich Supreem Carbon bei Kohlefaserplattenprojekten auszeichnet

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Vergleichstabelle: Gängige Herstellungsverfahren für Kohlefaserplatten