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  Kohlefaser




Aufgabe

Der hohe Preis von Kohlefaser-Werkstoffen kommt nicht vom Ausgangsmaterial, sondern ist durch die Verarbeitung bedingt. Das Verfahren ist schon seit einem halben Jahrhundert bekannt. Trotzdem ist es noch nicht gelungen, den Herstellungsprozess kostenmäßig vernünftig in den Griff zu kriegen.
Dabei wäre das durchaus wünschenswert, denn Kohlenstofffasern haben für den Kfz-Bereich faszinierende Eigenschaften. Sie sind besonders leicht und ungeheuer stabil. Seit es sie gibt, ist z.B. die Zahl der tödlich verunglückten Formel-1-Rennfahrer drastisch gesunken. Mit diesem Werkstoff wären deutlich sicherere Kleinwagen möglich, ganz abgesehen von den Verbrauchseinsparungen. Hinzu kommt die mögliche Formenvielfalt. Sie werden gebraucht z.B. für Motorverkleidungen, Bremsscheiben, ja sogar Felgen, Abgasanlagen und Chassis (Bild).

Funktion

Das Ausgangsmaterial ist schlicht Erdöl, aus dem einzelne Fasern gewonnen werden. Ähnlich wie bei dem Produkt der Seidenraupe reicht ein Faden nicht aus. Zu Tausenden müssen sie gebündelt werden. Es folgt der Prozess der Carbonisierung. Durch chemische Beeinflussung und schrittweise erhöhte Temperatur bleiben fast nur noch Kohlenstoffatome übrig, die zusätzlich durch diese aufwendige Behandlung möglichst alle auf die gleiche (Längs-)Richtung gebracht werden.
Die daraus entstehenden Matten sind in ihren Eigenschaften stark richtungsgebunden. Es kommt also wesentlich darauf an, wie verschiedene Matten mit Epoxidharz zusammengefügt werden. Also muss nicht nur die Form, sondern auch die Belastungsrichtung beim Zusammenfügen der Matten besonders beachtet werden. Die Planung ist hier wieder kostenträchtig. Der korrekte Herstellungsprozess ist für den Verbraucher am Endprodukt nicht immer sichtbar, deshalb ist beim Kauf solcher teuren Produkte ein gewisses Vertrauen in den Hersteller nötig.
Neuerdings spricht man von den faserverstärkten Kunststoffen. Hierbei bemühen sich Forschung und Industrie nach Kräften, Formteile im angeglichenen Takt einer Fließfertigung herzustellen. Im Zeitalter der Just-in-time-Produktion hat kein Hersteller mehr Platz für eine vielleicht 1000 Stück umfassende Tagesproduktion aushärtender Kunststoffteile.
10 Minuten oder weniger sind im Moment ein realistisches Ziel, in denen das Fasergewebe mit einem ganz kleinen Luftspalt zwischen Ober- und Unterform gelangt, mit Harz vergossen und unter Druck gesetzt wird. Die genaue Lage der Fasern und deren Zwischenräume werden vor dem Einlegen von einer zusätzlichen Kunststoffschicht festgelegt. 12/09


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