Kohlefasern verstärkt

Werkstoffaufbau bei kohlefaserverstärkten Profilen und Rohren

Bei dieser Ausführung übernehmen die Kohlenstofffasern einen grossen Teil der mechanischen Lasten, während die Matrix die Fasern bindet, schützt und die Form vorgibt. Für Profile und Rohre werden die Fasern je nach Anforderung längs, quer oder in mehreren Richtungen angeordnet. Dadurch lassen sich Steifigkeit, Festigkeit und Verformungsverhalten auf den vorgesehenen Einsatz abstimmen. Relevant sind zudem Wandaufbau, Faseranteil und die Qualität der Verbindung zwischen Faser und Matrix.

Typische Anwendungen für CFK-Profile und CFK-Rohre

Kohlefaserverstärkte Profile und Rohre werden in Konstruktionen eingesetzt, bei denen Masse reduziert und gleichzeitig eine hohe Formstabilität erreicht werden soll. Typische Beispiele sind Ausleger, Gestellteile, Führungen, Tragarme, Rahmenkomponenten oder rotierende Bauteile. Auch in Mess-, Automations- und Gerätetechnik kommen solche Halbzeuge vor, wenn geringe Durchbiegung oder ein günstiges Verhältnis von Gewicht zu Steifigkeit gefordert ist. Die Eignung für die konkrete Anwendung hängt von Belastungsart, Umgebungseinflüssen und Verbindungstechnik ab.

Formen, Querschnitte und technische Ausprägungen

Verbreitet sind Rundrohre, Vierkantrohre, Flachprofile sowie U-, L- oder Sonderprofile. Neben der Geometrie unterscheidet sich die Ausführung durch Wandstärke, Oberflächenbild und Faserorientierung. Je nach Aufbau können Profile eher auf Biegesteifigkeit, Torsion, Längszug oder kombinierte Lasten ausgelegt sein. Auch die Matrix kann variieren, etwa als duroplastisches oder thermoplastisches System, was Einfluss auf Verarbeitung, Temperaturverhalten und spätere Bearbeitung hat.

Abgrenzung zu glasfaserverstärkten und anderen Werkstoffgruppen

Im Unterschied zu glasfaserverstärkten Profilen und Rohren liegt der Schwerpunkt bei Kohlefasern meist auf hoher Steifigkeit bei niedrigem Gewicht. Gegenüber unverstärkten Thermoplasten zeigen kohlefaserverstärkte Halbzeuge in der Regel ein deutlich anderes mechanisches Verhalten, sind aber konstruktiv und in der Bearbeitung anspruchsvoller. Die Kategorie unterscheidet sich zudem von «Duroplasten verstärkt» und «Thermoplasten», weil sie die Verstärkungsfaser beschreibt und nicht primär die Matrixchemie. Gummi und Schaumstoff erfüllen andere Funktionen und gehören nicht zu tragenden Profil- und Rohrlösungen derselben Art.