Kohlefaser + Epoxid (CFK)

Physikalische Eigenschaften

Laserbearbeitung

⚠️ ERNSTE GEFAHR: Die thermische oder mechanische Bearbeitung von CFK erzeugt Kohlefaser-Feinstaub und Dämpfe aus der Zersetzung des Epoxidharzes. Kohlefasern (Durchmesser 5–7 µm) haben eine biobeständige Morphologie ähnlich wie Asbest. Chronische Exposition ist ein potenzielles onkologisches Risiko. FFP3/P3-Maske, HEPA-Absaugung und dicht schließende Schutzbrille sind vorgeschrieben.

CO₂: CO2-Laserschneiden auf dünnen Platten (0,5–2 mm) mit hoher Leistung möglich: Kohlenstoff absorbiert IR-Strahlung gut. Es entsteht jedoch Kohlefaser-Feinstaub (potenziell krebserregend) und die Epoxidmatrix verbrennt mit giftigen Dämpfen. Im industriellen Bereich werden spezielle HEPA-Absaug- und Filtersysteme eingesetzt. In nicht ausgestatteten Räumen nicht empfohlen.

Diode: Kohlenstoff absorbiert gut bei 450 nm: Hochleistungs-Diodenlaser-Markierung auf glänzenden Oberflächen möglich. Das Risiko durch Kohlefaser-Feinstaub bleibt bestehen.

Faser: Faserlaser werden industriell zum Schneiden und Markieren von Kohlefaser eingesetzt. Gleiche Sicherheitshinweise.

CNC- / Fräsbearbeitung

CNC-Fräsen von CFK erfordert PKD-Fräser (Polykristalliner Diamant) oder Wolframcarbid-Fräser mit spezieller Diamantbeschichtung für Verbundwerkstoffe. Kohlefasern sind extrem abrasiv: HSS- oder Standard-Hartmetallfräser verschleißen innerhalb weniger Zentimeter. Hohe Spindeldrehzahl (24.000–30.000 U/min), mittelhoher Vorschub. HEPA-Absaugdüse direkt am Werkstück: der Feinstaub ist unsichtbar und gefährlich. Nassbearbeitung im Wasserbad für Kleinteile in Betracht ziehen.

Nachbearbeitung

Schleifen: Nassschleifen mit Siliziumkarbid-Papier. Herausstehende Fasern zerkratzen das Schleifpapier schnell. FFP3-Maske und Nitrilhandschuhe auch beim Handschleifen vorgeschrieben. Nicht trocken schleifen.

Grundierung: Die glänzende 2x2-Twill-Kohlefaseroberfläche ist bereits ästhetisch fertig. Für Mattlackierungen einen leichten Zweikomponenten-Epoxidprimer auftragen (füllt die Gewebetextur). Bei ästhetisch hochwertigen Teilen wird ein Epoxid-Klarlack aufgetragen, um das Aussehen zu bewahren und vor UV zu schützen.

Verkleben: Klebbar mit zweikomponentigen Struktur-Epoxidklebstoffen nach Anschleifen (Körnung 80) und Entfetten mit Aceton. Die Oberfläche muss nach dem Schleifen matt sein: rohe Kohlefasern haben eine niedrige Oberflächenenergie. In der Luft- und Raumfahrt werden im Autoklaven ausgehärtete Epoxid-Filmklebstoffe verwendet.

Mit der Zeit: Hervorragende Korrosions- und Witterungsbeständigkeit. UV-Strahlung baut die oberflächliche Epoxidmatrix ab (vergilbt in 2–5 Jahren), ohne die Fasern zu beeinträchtigen: UV-beständiger Klarlack für Außenanwendungen unerlässlich. E-Modul und Zugfestigkeit sind über die Zeit stabil. Auf galvanische Korrosion bei Kontakt mit Metallen (insbesondere Aluminium) achten: stets eine Schicht Glasfaser oder Band als Isolator verwenden.

Häufige Defekte

• Delamination unter Hochenergie-Schlag (CFK ist bei transversalem Aufprall spröde verglichen mit In-plane-Festigkeit)
• Galvanische Korrosion an der Schnittstelle mit Aluminium- oder Stahlteilen ohne elektrische Isolierung
• Sofortiger Werkzeugverschleiß mit nicht-dedizierten Fräsern (Standard-HSS oder Hartmetall) — Diamant-Werkzeuge obligatorisch

Sicherheit

Empfohlene PSA: mask_p3, eye_protection_goggles, gloves_nitrile

⚠️ ACHTUNG: Kohlefasern sind haut- und augenreizend. Der bei der mechanischen oder thermischen Bearbeitung entstehende Feinstaub ist potenziell krebserregend beim Einatmen. Nitrilhandschuhe, FFP3/P3-Maske und dicht schließende Schutzbrille sind vorgeschrieben. Spezielle HEPA-Absaugung zwingend erforderlich. Rückstände nicht wegblasen. Nicht ausgehärtetes Epoxidharz ist ein starkes Hautallergen.

Verfügbarkeit und Formate

Handelsübliche Formate: Leinwand- / 2×2-Köper-Gewebe 200–400g/m², Vorlaminierte Platte 0,5–5mm, Pultrudierte Rohre und Profile, Prepreg (erfordert Autoklav)

Verwandte Materialien

Quellen

• ASTM D3039 — Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials
• ISO 14125 — Fibre-reinforced plastic composites — Flexural properties
• Toray — Carbon Fiber Composite Materials datasheet