Klassifizierung von Kohlefasern: Basierend auf Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodul beschreibt die Elastizität des Materials beim Dehnen. Sein Wert gibt das Verhältnis der zum Dehnen einer Längeneinheit des Materials erforderlichen Kraft zu seiner Querschnittsfläche an (ausgedrückt in M-Werten). Je höher der Elastizitätsmodul, desto stärker ist der Dehnungswiderstand des Materials. Das bedeutet, dass sich die Form des Materials unter äußerer Krafteinwirkung weniger verändert und es größeren Zugkräften standhält, wodurch es bessere Zugeigenschaften aufweist.

Die Zugfestigkeit bezeichnet die maximale Zugspannung, die eine Probe in einem Zugversuch aushalten kann, bis die Probe bricht. Sie wird üblicherweise in MPa (T-Wert) angegeben. Die nationale Weiterentwicklung der Kohlefasertechnologie konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung und technische Anwendung von Verfahren zur Herstellung von Kohlefasern mit höherer Festigkeit (z. B. Güteklasse T1100) und höherem Elastizitätsmodul (z. B. Güteklasse M55).

Klassifizierung von Kohlenstofffasern: Große Fasern sind kostengünstiger, kleine Fasern bieten eine bessere Leistung

Kohlenstofffasern lassen sich anhand ihrer Faseranzahl in Small Tow und Large Tow einteilen. Small Tow-Kohlenstofffasern weisen hohe mechanische Eigenschaften und andere Eigenschaften auf, ihr Herstellungsprozess ist jedoch schwierig und kostspielig. Sie werden hauptsächlich in Hightech-Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt- und Rüstungsindustrie sowie in hochwertigen Sportartikeln wie Flugzeugen, Raketen, Satelliten, Angelruten, Golfschlägern und Tennisschlägern eingesetzt. Large Tow-Kohlenstofffasern hingegen weisen eine vergleichsweise geringere Leistung, aber auch geringere Produktionskosten auf. Daher werden sie typischerweise in der Basisindustrie eingesetzt, beispielsweise in Windturbinenblättern, Gebäudebewehrungen, Automobilkomponenten und Wasserstofftanks. Der Hauptvorteil von Large Tow-Kohlenstofffasern im Vergleich zu Small Tow-Fasern liegt in der Möglichkeit, die Einzelfilament-Produktionskapazität unter gleichen Produktionsbedingungen deutlich zu steigern und so die Produktionskosten zu senken. Auch ihre Layup-Effizienz bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen ist höher, und die Produktionskosten sinken um über 30 %. Dies trägt dazu bei, die Preisbeschränkungen von Kohlenstofffasern zu überwinden und ihr Anwendungsspektrum zu erweitern. Dies schafft die Grundlage für eine breitere Nutzung von Kohlefaserverbundwerkstoffs. Sobald die Rohstoffkosten für Large Tow-Carbonfasern gesenkt werden, sinken auch die nachgelagerten Produktionskosten für die Verarbeitung der fertigen Produkte, was die Rentabilität verbessert. Der Wettbewerbsvorteil der vor- und nachgelagerten Lieferkette der Large Tow-Carbonfaserindustrie liegt daher in dieser Kostensenkung.