Kohlenstofffasergarn: Vollständiger Leitfaden zu Faserqualitäten, Größen und Anwendungen

Ich hatte schon Kunden, die nach „Kohlefasergarn“ fragten, obwohl sie eigentlich Stoff brauchten, und andere, die „Kohlefaser-Tow“ bestellten, obwohl sie Prepreg benötigten. Die Fachbegriffe sind schnell verwirrend. Hier ist eine übersichtliche Erklärung, was Kohlefasergarn ist, wie sich die verschiedenen Qualitäten unterscheiden und worauf man beim Kauf achten sollte.

Kohlenstofffasergarn – auch Kohlenstofffaser-Roving genannt – ist der Rohstoff, aus dem alles andere entsteht. Es besteht aus Tausenden einzelner Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von jeweils 5–7 Mikrometern, die parallel zueinander verlaufen. Diese Rovings werden zu Stoffen verwebt, zu Prepregs gewickelt oder direkt in Verfahren wie dem Filamentwickeln und Pultrusionsverfahren eingesetzt.

Ich beschaffe wöchentlich Kohlenstofffasergarn für meine Kunden. Die zwei häufigsten Fehler, die ich dabei beobachte: die Wahl der falschen Faserstärke für den jeweiligen Anwendungsfall und die Vernachlässigung der Schlichtechemie. Schauen wir uns die wichtigsten Punkte genauer an.

Spielzeuggrößen: Von 1K bis 50K und darüber hinaus

Ein 1K-Kohlenstofffasergarn enthält 1,000 Filamente. Ein 50K-Garn enthält 50,000. Das „K“ steht für Tausend – es bezeichnet lediglich die Anzahl der Filamente.

Schleppgröße	Filaments	Typischer Tex (g/km)	Am besten geeignet für
1K	1,000	60-70	Innenausstattung für die Luft- und Raumfahrt, Medizinprodukte, hochwertige Textilien
3K	3,000	200-210	Allgemeine Webwaren, Sportartikel, Autozubehör
6K	6,000	400-420	Marine Verstärkung, strukturelle Gewebe
12k	12,000	800-850	Industrielles Prepreg, Pultrusion, Windenergie, Großbauteile
24k	24,000	1,600-1,650	Schwerlast-Laminierungen, Infrastruktur, kostensensible Industrie
50k	50,000	3,200-3,500	Pultrusionsprofile, Bauwesen, kostengünstige Großstrukturen

Die Tex-Werte variieren je nach Hersteller und Vorläufermaterial (PAN vs. Pech-basiert). Dies sind typische Werte für PAN-basierte Fasern mit Standardmodul.

Standardmodul vs. Zwischenmodul vs. Hochmodul

Hier tappen viele Käufer in die Falle. Die Garnstärke (3K, 12K usw.) gibt zwar die Anzahl der Filamente an, aber nicht die mechanische Festigkeit. Ein Garn mit Standardmodul 12K (230 GPa) ist ein völlig anderes Material als ein Garn mit hohem Modul 12K (390 GPa+).

Klasse	Zugmodul	Zugfestigkeit	Typische Anwendungen
Standardmodul (SM)	230 GPa	3,500 - 4,500 MPa	Allgemeine Verwendung: Textilweberei, Sportartikel, Automobilindustrie
Zwischenmodul (IM)	290 – 310 GPa	5,000 - 6,000 MPa	Primärstruktur für die Luft- und Raumfahrt, Hochleistungsbauteile
Hoher Modul (HM)	390 – 440 GPa	3,000 - 4,000 MPa	Steifigkeit ist entscheidend: Satellitenstreben, Präzisionsinstrumente
Ultrahoher Modul (UHM)	600 – 800 GPa	2,500 - 3,500 MPa	Weltraumanwendungen, Wärmemanagement, Spezialanwendungen

Wichtiger Kompromiss: Mit steigendem Elastizitätsmodul nehmen Bruchdehnung und Zugfestigkeit typischerweise ab . Hochmodulfasern sind steifer, aber spröder. Für Anwendungen, die stoßempfindlich sind, ist Standardmodulfaser trotz ihrer vermeintlich niedrigeren Festigkeitsklasse oft die bessere Wahl.

Unser Kohlenstofffasergarn

Kohlefasergarn Erhältlich von 1K bis 24K. Standard- und Zwischenmodul-Qualitäten. Epoxidharzverträgliche Schlichte. Geeignet für Weben, Flechten, Filamentwicklung und Pultrusion. Details ansehen

Kohlefasergewebe Gewebt aus unseren Kohlenstofffasergarnen. 3K, 6K, 12K. Leinwandbindung, Köperbindung, Satinbindung. 160–600 g/m². Details ansehen

Größenbestimmung: Die unsichtbare Variable, die über Erfolg oder Misserfolg Ihres Teils entscheidet

Die Schlichte ist eine dünne chemische Beschichtung, die während der Herstellung auf die Faseroberfläche aufgebracht wird. Sie schützt die Faser bei der Handhabung und – was am wichtigsten ist – bestimmt, wie gut die Faser mit dem Harzsystem haftet.

Standardmäßig wird eine epoxidharzkompatible Schlichte verwendet. Diese ist bei den meisten Standard-Kohlenstofffasergarnen bereits aufgebracht. Bei Verwendung von Epoxidharz ist das kein Problem. Bei Polyester-, Vinylester- oder Phenolharz hingegen haftet die Standardschlichte nicht richtig. Die Verbindung zwischen Faser und Harz ist dann schwach, und das Laminat versagt bei geringerer Belastung als erwartet.

Ich habe das bei demselben Kunden schon zweimal erlebt. Er bestellte Standard-Kohlefasergarn, verwendete Polyesterharz (das für seine Anwendung im maritimen Bereich günstiger war), und die Teile lösten sich nach sechs Wochen ab. Faser und Harz waren beides gute Materialien – sie waren nur nicht kompatibel.

Häufige Anwendungen nach Schleppnetzgröße

Webart (3K, 6K, 12K). Die meisten Kohlefasergewebe werden aus 3K- bis 12K-Fasern gewebt. 3K ergibt die feinste Oberflächenbeschaffenheit – das Gewebe wirkt glatt und gleichmäßig. 12K bietet eine gröbere Textur, ist aber pro Quadratmeter günstiger. Für kosmetische Teile ist 3K Standard. Bei Strukturbauteilen, bei denen die Optik keine Rolle spielt, ist 12K kostengünstiger.

Filamentwicklung (12K, 24K). Tanks, Druckbehälter, Antriebswellen. Bei der Filamentwicklung werden größere Faserbündel verwendet, da diese in präzisen Mustern mit hoher Geschwindigkeit aufgebracht werden. 12K und 24K sind die Standardwerte.

Pultrusion (24K, 50K). Endlosprofile – Träger, Rohre, U-Profile. Bei der Pultrusion werden die größten Faserbündel verwendet, da diese mit hoher Geschwindigkeit durch ein Harzbad und eine Düse gezogen werden. Das 50K-Industriefaserbündel ist hier die kostengünstigste Option.

Prepreg-Herstellung (3K, 12K). Unidirektionales Prepreg-Band wird typischerweise aus 12K- oder 24K-Fasern hergestellt. Gewebte Prepreg-Stoffe verwenden 3K- oder 6K-Fasern. Die Faserfeinheit beeinflusst den Fall und die Haftung des Prepregs.

Häufig gestellte Fragen