Carbonfaser HT (HT steht für High Tenacity, also hochfest) ist die am häufigsten eingesetzte Kohlenstofffaser-Klasse. Sie besteht aus extrem dünnen Kohlenstoff-Filamenten (Einzelfäden) von etwa 7 Mikrometer Durchmesser – ein menschliches Haar ist rund zehnmal so dick. Sie ist der Standardtyp, wenn umgangssprachlich von Carbon oder CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) gesprochen wird. Bekannte Vertreter sind Toray T300/T700 oder Teijin Tenax HTA/HTS.
Im Vergleich zu Glasfaser bietet Carbon HT eine deutlich höhere Steifigkeit bei geringerem Gewicht: Bauteile werden bei gleicher Festigkeit leichter oder bei gleichem Gewicht steifer. Die Faser allein trägt jedoch keine Last; sie wird erst im Verbund mit einem Harz (der Matrix) zum Werkstoff. Im Hochleistungsbau ist das fast immer Epoxidharz, weil es besser an der Faser haftet und höhere Werte erreicht als Polyesterharz.
Im GFK-Formenbau ist Carbon HT kein Standard für das Formenharz, kommt aber gezielt zum Einsatz: für hochsteife, leichte Urmodelle und Bauteile, für formstabile Lehren und Vorrichtungen oder für sichtbare Sichtcarbon-Teile, die direkt aus der Form kommen. Wegen des hohen Preises wird Carbon meist dort verbaut, wo Steifigkeit und Leichtbau den Aufpreis rechtfertigen.
Kennwerte
Richtwerte – maßgeblich ist das Datenblatt des konkreten Produkts.
| Dichte | ca. 1,76–1,80 g/cm³ (Richtwert, je nach Typ) |
|---|---|
| Zugfestigkeit (Faser) | ca. 3.500–4.900 MPa (Richtwert; T300 ~3.530, T700 ~4.900, je nach Typ) |
| Zug-E-Modul (Steifigkeit) | ca. 230–240 GPa (HT-Typen, Richtwert) |
| Bruchdehnung | ca. 1,5–2,1 % (sehr gering, spröde; je nach Typ) |
| Filamentdurchmesser | ca. 7 Mikrometer (HT-Standard; je nach Typ etwa 5–7) |
| Wärmeausdehnung (längs) | leicht negativ, ca. -0,1 × 10⁻⁶ 1/K (Richtwert; dehnt sich bei Wärme kaum/nicht aus) |
| Elektrische Leitfähigkeit | leitfähig (spez. Widerstand ca. 1,5–1,7 × 10⁻³ Ohm*cm, Richtwert) |
| Verarbeitungsharz | bevorzugt Epoxid; Polyester/Vinylester möglich, aber unüblich |
Eigenschaften & Verhalten
- Sehr hohe SteifigkeitMit einem E-Modul um 230–240 GPa ist Carbon HT rund dreimal so steif wie Glasfaser. Bauteile verformen sich unter Last kaum und bleiben formstabil.
- Hohe Zugfestigkeit bei geringem GewichtAuf das Gewicht bezogen ist Carbon einer der festesten Konstruktionswerkstoffe. Das ergibt sehr gute Leichtbau-Kennwerte (hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit).
- Spröde, geringe BruchdehnungDie Faser dehnt sich nur etwa 1,5–2 % bis zum Bruch. Sie verbiegt sich nicht, sondern bricht plötzlich und ohne Vorwarnung. Schlagbelastung und Kerben sind kritisch.
- Elektrisch leitfähigAnders als Glasfaser leitet Carbon Strom. Das ist Vorteil (Abschirmung, Erdung) und Risiko zugleich (Kurzschlüsse durch leitfähigen Faserstaub, Kontaktkorrosion an Metallen).
- Sehr formstabil bei TemperaturCarbonfasern dehnen sich bei Erwärmung längs kaum oder sogar minimal negativ aus. Das macht Carbon-Vorrichtungen und Lehren sehr maßhaltig.
- Teuer und korrosionsbeständigCarbon HT kostet ein Vielfaches von Glasfaser, rostet aber selbst nicht und ist chemisch sehr beständig.
Vorteile
- Sehr hohe Steifigkeit und sehr hohe Festigkeit bei geringem Gewicht (Top-Leichtbau)
- Sehr formstabil, auch bei Temperaturschwankungen (maßhaltige Vorrichtungen und Lehren)
- Korrosionsbeständig und chemisch sehr beständig
- Elektrisch leitfähig (nutzbar für Abschirmung/Erdung)
- Edle, sichtbare Oberfläche möglich (Sichtcarbon direkt aus der Form)
Grenzen
- Spröde: bricht schlagartig ohne Vorwarnung, empfindlich gegen Schlag und Kerben
- Deutlich teurer als Glas- oder Aramidfaser
- Elektrisch leitfähig: verursacht Kontaktkorrosion an Aluminium/Stahl und ein Kurzschlussrisiko durch leitfähigen Staub
- Reparaturen und Nachbearbeitung sind aufwendig; Carbonstaub reizt Atemwege und Haut, daher Atemschutz und Absaugung nötig
Verarbeitung & Praxis
- Mit Epoxidharz kombinieren: Epoxid haftet besser an der Carbonfaser und erreicht höhere Festigkeiten als Polyester. Polyester benetzt Carbon schlechter und wird kaum verwendet.
- Harz und Faser vor dem Laminieren auf Raumtemperatur (etwa 20 Grad) bringen, damit das Harz dünnflüssig ist, die Faser gut tränkt und keine Luftblasen einschließt.
- Trockenes Laminieren vermeiden: nicht durchtränkte Stellen senken die Festigkeit. Gleichmäßig tränken, überschüssiges Harz aber entfernen, da das Faser-Harz-Verhältnis über die Leistung entscheidet.
- Schneiden mit scharfer Schere oder Rollmesser; das Gewebe franst leicht aus. Schnittkanten ggf. mit Klebeband fixieren. Staub und Späne sind elektrisch leitfähig – von Elektronik und offenen Kontakten fernhalten.
- Bei Kombination mit Metall (Aluminium, Stahl) immer eine Trennlage einplanen, z. B. eine Glasgewebelage oder eine isolierende Beschichtung, um direkten Kontakt zu unterbinden.
- Höhere Bauteilwerte entstehen mit Unterdruckverfahren (Vakuumsack) oder durch Tempern (Nachhärten unter Wärme); Temperaturen und Zeiten immer nach Datenblatt des Harzsystems wählen.
Typische Einsatzgebiete
- Hochsteife, leichte Urmodelle und Master für den Formenbau
- Maßhaltige Lehren, Vorrichtungen und Tooling, die sich kaum verziehen dürfen
- Sichtcarbon-Bauteile direkt aus der Form (Optik plus Funktion)
- Motorsport und Fahrzeug-Leichtbau (Strukturteile, Anbauteile)
- Luft- und Raumfahrt sowie hochwertige Sportgeräte (Rahmen, Schalen, Holme)
Mehr dazu: CSM, Gewebe oder Gelege? Glasfaser-Halbzeuge im Vergleich