Wie wird Kohlefaser hergestellt?
Kohlefaser gilt als das Traummaterial jedes Ingenieurs, da es leicht und gleichzeitig äußerst langlebig ist. Es besteht aus Tausenden paralleler Strings. Diese Fäden können zu Kohlefaserverbundwerkstoffen verdreht oder verwoben werden. Kohlefaser ist ein äußerst wertvolles Material, da es fünfmal stärker als Stahl ist.

Zur Herstellung von Carbonfasern werden Kunststoff-PAN-Fasern verwendet. Es besteht aus Tausenden von Filamenten, die dünner als ein menschliches Haar sind. Sie verändern es chemisch, um Ketten aus Kohlenstoffatomen zu bilden, die wiederum im Endprodukt verwendet werden. Es gibt spezielle Maschinen, die Tausende dieser Fasern anordnen können. Nach der Maschine durchlaufen die Fasern einige Minuten lang einen Oxidationsofen.

Die Temperatur im Ofen beträgt etwa 480 Grad Fahrenheit. Aufgrund dieser Temperatur nehmen die Fasern Sauerstoffmoleküle aus der Luft auf. Dieser Prozess ordnet die atomare Struktur der Fasern neu und macht sie hitzebeständig. Wenn die Fasern oxidieren, ändern sie ihre Farbe und werden schwarz. Nach der Oxidation sind sie bereit für den nächsten Prozess, die Karbonisierung.

Die Fasern werden in einem sauerstofffreien Gasgemisch erhitzt. Durch diesen Prozess werden Nicht-Kohlenstoffatome ausgestoßen. Die verbleibenden Kohlenstoffatome verwandeln sich in fest verbundene Kristalle, die parallel zur Faserlänge verlaufen. Hier gewinnt das Material seine Stärke. Anschließend werden die Fasern durch ein geladenes Wasserbad geführt, das die Faseroberflächen umrandet, damit sie das Harz besser absorbieren.

Anschließend wird eine leichte Grundierung aus Harz aufgetragen, um die chemische Bindung der Fasern an das Formharz zu verstärken. Nach diesem Prozess werden die Fasern entweder zu Carbonfasergeweben verwoben oder mit Harz zu Produkten vermischt. Es kann sich um eine Rolle aus Endlosfasersträngen, um gewebte Stoffe aus Netzsträngen und um Prepreg-Produkte sowie um gebrauchsfertige Halbzeuge handeln. Der Einsatz von Prepregs ist weltweit verbreitet.

Bei diesem Harz handelt es sich um eine Formulierung aus Epoxidharz mit pulverförmigem Härter und Beschleuniger. Arbeiter gießen das Harz in eine Filmmaschine, die das Harz in einer dünnen, nassen Schicht auf Papier druckt. Gleichzeitig organisiert eine weitere Maschine 200 bis 300 Carbonfasern zu einem Carbonfasernetz. Die Dicke der Bahn bestimmt die Dicke des Prepregs.

Typischerweise sind zwei Rollen harzbeschichtetes Papier auf der Harzimprägniermaschine montiert. Das Heizelement erwärmt die Bahn beim Einlauf, um die Harzaufnahme zu erleichtern. Anschließend wird das erhitzte Kohlefasernetz zwischen zwei harzbeschichteten Papierblättern eingelegt. Dank unter Hochdruck erhitzter Walzen dringt das Harz in Millionen von Kohlefaserfilamenten ein.

Beim Abkühlen verwandelt sich das flüssige Harz in ein Gel, so dass an der nächsten Station das Papier entfernt werden kann. In der nächsten Station wird die Oberseite der Prepreg-Platte mit einer Mylar-Folie abgedeckt. Anschließend wird das Blatt zu einer Rolle aufgewickelt. Im Labor der Fabrik führen Techniker Qualitätskontrolltests an Prepreg-Proben durch. Durch solche Tests wird sichergestellt, dass Carbonfasern optimale Festigkeit, Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen.

Es erübrigt sich zu erwähnen, dass Hersteller auf der ganzen Welt verschiedene Techniken anwenden, die Firmengeheimnisse sind, aber im Großen und Ganzen ist der oben erwähnte Herstellungsprozess für Kohlefasern derjenige, dem jeder folgt.