Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gehören zur Gruppe der Faserverbundwerkstoffe. Die spezifischen Eigenschaften dieser Gruppe ergeben sich durch das – im Falle von CFK – Einbetten von Kohlefasern in eine Matrix aus Kunststoff (Duroplaste oder Thermoplaste). Dieser heterogene Aufbau bestimmt weitgehend das Verhalten dieser Werkstoffe. Die Eigenschaften längs und quer zu den Fasern sind stark unterschiedlich, d.h. die Werkstoffe weisen anisotropes Verhalten auf. Durch geschickte Kombination der Faserwinkel können die Eigenschaften weitgehend oder ganz den Belastungsfällen angepasst werden. Dies trifft besonders auch auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu, der bei kohlefaserverstärkten Kunststoffen gegen Null gehen kann.
Je nach Bauteilform oder Anwendung werden unterschiedliche Bauweisen angewandt. Die gebräuchlichsten sind: Sandwich für meist flächige, Wickeln für rotationssymmetrische Bauteile und Pultrusion für Profile.
Bei geeigneter Gestaltung der Krafteinleitungspunkte können die CFK-Bauteile mit den üblichen Verfahren bei der Montage verbaut werden.
Die spezifischen Materialeigenschaften von CFK sind:
- Hohe Festigkeit
- Hohe Steifigkeit
- Geringe Dichte
- Hohe Dauerfestigkeit
- Geringe Wärmeausdehnung
Aus den genannten Materialeigenschaften ergeben sich folgende Vorteile beim Einsatz von CFK-Bauteilen gegenüber herkömmlichen Werkstoffen:
Geringe Massen bei hoher Steifigkeit
- Hohe Eigenfrequenzen
- Hohe Dynamik
- Niedrige Antriebskräfte und –momente
- Geringe Maßänderungen
- Niedriger Wartungsaufwand
- Bis ca. 180° C hitzebeständig