Die Dichte von CFK ist sein Erfolgsrezept

Von Stephan Wayan | 19. Januar 2021

Die entscheidende Eigenschaft des carbonfaserverstärkten Kunststoffs (CFK) oder Karbons ist seien leichtes Gewicht bei gleichzeitiger enormer Belastbarkeit. Die geringe Dichte des Kohlenstoffs und der hohe Faseranteil in CFK machen das Material zu einem unersetzlichen Werkstoff in der Flugzeug- und Raumfahrtindustrie.

AUF EINEN BLICK

Wie hoch ist die Dichte von CFK?

Die Dichte von carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) beträgt durchschnittlich 1,5 g/cm³. Diese geringe Dichte bei hoher Belastbarkeit und Zugfestigkeit macht CFK zu einem äußerst leichten und stabilen Werkstoff, ideal für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

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Leicht und stabil

Bei vielen Werkstoffen verläuft die Zunahme von Stabilität und Zugfestigkeit linear zu ihrer Dichte. Je schwerer ein Material ist, desto widerstandsfähiger kann es auf Krafteinwirkungen aller Art reagieren. Typischstes Beispiel ist Stahl, dessen Dichte ab rund 7,8 Gramm pro Kubikzentimeter beginnt.

Unter den Metallen verfügt das leichte Aluminium mit rund 2,8 Gramm pro Kubikzentimeter über die geringste Dichte. Seine Korrosionsfreiheit und Haltbarkeit gegen Zugkräfte macht es zu einem beliebten Werkstoff, dem allerdings Steifigkeit und Druckfestigkeit fehlen.

Spitzenbelastbarkeit

Der Verbundwerkstoff CFK hält in den höchsten Belastungsklassen mit, da das Material mit seiner durchschnittlichen Dichte von 1,5 Gramm pro Kubikzentimeter nur vom Werkstoff Holz unterboten wird. Die Dichte des artverwandten Glasfaserkunststoffes liegt mit etwa 2,1 Gramm pro Kubikzentimeter nicht wesentlich höher.

Kohlenstofffasern, die zu über 95 Prozent aus reinem Kohlenstoff bestehen, erzielen Belastungswerte, an die das Material GFK nicht herankommt. Insbesondere die spezifische Festigkeit bezüglich der Reißlänge ist bei CFK annähernd doppelt so hoch wie bei GFK.

Im Vergleich zu anderen Werkstoffen

Im Vergleich der Dichten der verbreitetsten Werkstoffe im Verhältnis zur Zugfestigkeit und der spezifischen Reißfestigkeit gehört CFK zu den belastbarsten Materialien:

CFK, Dichte 1,5 g/cm³, Zugfestigkeit 900, Reißlänge 60
GFK, Dichte 2,1 g/cm³, Zugfestigkeit 720, Reißlänge 34
Aluminium, Dichte 2,8 g/cm³, Zugfestigkeit 350, Reißlänge 13
Titan, Dichte 4,5 g/cm³, Zugfestigkeit 800, Reißlänge 18
Stahl, 7,8 g/cm³, Zugfestigkeit 1100, Reißlänge 14
Holz ca. 0,5 g/cm³, Zugfestigkeit 100, Reißlänge 20

Wenn CFK anstelle von Stahl als Werkstoff verwendet wird, erzielt es mit einem Fünftel des Gewichts die gleiche Zugfestigkeit und Steifigkeit. Eine Ermüdung des Materials ist fast nicht gegeben, sodass die Eigenschaften von CFK über lange Lebensdauern unverändert bleiben.

Tipps & Tricks

Wenn Sie CFK herstellen oder verwenden wollen, ist eine Farbänderung nur durch eine äußere Beschichtung möglich. Die Kohlenstofffasern werden ihrem Namen optisch gerecht, da Werkstücke und Bauteile nur in Kohleschwarz produzierbar sind.