Kohlefaser, so hört man immer wieder, ist ein Hochleistungswerkstoff mit den Eigenschaften von hartem Kohlenstoff und den Verarbeitungseigenschaften von weichen Textilfasern und gilt als der König der Werkstoffe.

Es wird häufig als hochwertiges Material in Flugzeugen, Raketen und kugelsicheren Fahrzeugen verwendet. Im Automobilbereich wurde Kohlefaser erstmals in der Formel 1 eingesetzt. Jetzt wird es auch in zivilen Fahrzeugen verwendet, die schwarz lackiert sind und ein bewusst schwarz gemustertes Karbonfaserteil aufweisen, das sich angenehm fahren lässt.

Wie macht die ultraleichte, weiche Beschaffenheit des Fasermaterials es zu einem starken Automobilbauteil? Wie kann der teure Preis von Kohlenstofffasern bei der Verwendung in Autos gesenkt werden?

Die beste Kohlenstofffasertechnologie ist in Japan und den USA verfügbar. Japan ist der größte Hersteller von Kohlenstofffasern in diesem Jahrhundert und verfügt über die Hälfte der weltweiten Produktionskapazität für Kohlenstofffasern.

Edison erfand 1880 die Kohlefaser, und zwar derselbe Edison, der auch die Glühbirne erfand. Die Kohlefaser wurde bei Experimenten mit Glühfäden entdeckt, und nach mehr als 100 Jahren Entwicklungsarbeit setzte BMW 2010 Kohlefaser im i3 und i8 ein und eröffnete damit die Anwendung von Kohlefaser in Autos.

Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterial und Harz als Basismaterial bilden die Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffe.

Kohlefaser wird für Fahrzeugrahmen, Sitze, Motorhauben, Antriebswellen, Spiegel usw. verwendet. Kohlefaser für Autos hat mehrere Vorteile.

Leichtgewicht: Die derzeit sehr angesagten Elektroautos, die aufgrund der Batterietechnologie durch die kurze Reichweite ihrer Entwicklung zu einem Engpass geworden sind, können nur durch die Karosseriestruktur und den Austausch von Materialien gelöst werden. Kohlefaserverbundwerkstoffe sind um die Hälfte leichter als Stahl und um ein Drittel leichter als Aluminium, was sich unmittelbar in einer größeren Reichweite und einer höheren Energieeffizienz niederschlägt.

Komfort: Die weichen und dehnbaren Eigenschaften von Karbonfasern verbessern die Geräusch- und Vibrationskontrolle des Fahrzeugs, was den Komfort des Fahrzeugs erheblich steigert.

Verlässlichkeit: Kohlefaser hat eine höhere Ermüdungsfestigkeit und eine gute Absorption der Aufprallenergie, wodurch das Gewicht des Fahrzeugs bei gleichbleibender Festigkeit und Sicherheit reduziert wird, wodurch das mit dem Leichtbau verbundene Sicherheitsrisiko verringert wird.

Verbesserte Lebensdauer: Einige Autozubehörteile müssen korrosionsbeständig sein und sind hohen und niedrigen Temperaturen sowie Rauch ausgesetzt, und herkömmliche Metallteile können ihre Lebensdauer in verschiedenen Umgebungen nicht garantieren. Das Fehlen von Korrosions- und Rostproblemen bei Karbonfasern erhöht die Lebensdauer von Automobilkomponenten.

Der Herstellungsprozess von Kohlenstofffasern

Ziehen: Das Rohmaterial wird erhitzt und bildet das Verstärkungsmaterial.

Verstärkungsmaterial zum Wickeln und Formen, hauptsächlich verschiedene Fasergarne: z. B. alkalifreies Glasfasergarn, Glasfasergarn mit mittlerem Alkaligehalt, Kohlenstofffasergarn, hochfestes Glasfasergarn, Aramidfasergarn und Oberflächenfilze. Harzmatrix und verschiedene Füllstoffe. Kunststofffasern werden zu gelartigen Filamenten extrudiert und bestehen aus Tausenden von abgezählten feinen Filamenten.

Stabilisierung: Die Oxidation durch Erhitzen auf 400 °C wandelt das thermoplastische Makromolekül in eine hitzebeständige Struktur um. Dadurch wird es bei hohen Temperaturen nicht schmelzend und nicht entflammbar und hält die Faserform und die Hitze in einem stabilen Karbonisierungszustand. Durch Erhitzen auf 1.000-2.000 Grad werden die Nicht-Kohlenstoff-Atome abgetrennt, die sich durch die Hochtemperaturoxidation schwarz färben und dann durch Karbonisierung in einem Karbonisierungsofen an die Fasern gebunden werden.