Carbonfasern sind Wundermaterial und Problemkind zugleich. Leichter als Aluminium. Steifer als Stahl. Aber auch empfindlich und schwierig zu verarbeiten. Die nackten Fasern sind spröde. Sie brechen leicht. Sie haften schlecht an Harzen. Die Lösung: eine funktionale Beschichtung, die sogenannte Schlichte oder Sizing. Das Beschichten von Carbonfasern macht aus dem schwierigen Rohstoff einen verarbeitbaren Hochleistungswerkstoff.

Ohne Beschichtung wären Carbonfasern kaum nutzbar. Sie würden bei der Verarbeitung brechen. Sie würden sich nicht mit dem Harz verbinden. Sie würden keine Verbundwerkstoffe ermöglichen. Die Beschichtung ist der Schlüssel zu den außergewöhnlichen Eigenschaften moderner CFK-Bauteile.

Was Carbonfasern so besonders macht

Carbonfasern bestehen fast vollständig aus Kohlenstoff. Feinste Fäden, etwa zehnmal dünner als ein menschliches Haar. Tausende dieser Filamente werden zu einem Roving gebündelt. Die Struktur der Fasern ist hochgeordnet. Graphitebenen, die in Faserlängsrichtung ausgerichtet sind. Das verleiht den Fasern ihre einzigartigen Eigenschaften.

Die Zugfestigkeit ist enorm. Bis zu 7.000 MPa bei Hochleistungsfasern. Das ist mehr als das Fünffache von hochfestem Stahl. Gleichzeitig ist die Dichte gering. Etwa 1,8 Gramm pro Kubikzentimeter. Stahl bringt mehr als das Vierfache auf die Waage. Diese Kombination aus Festigkeit und Leichtigkeit macht Carbonfasern unersetzlich.

Aber die gleiche Struktur, die für die Festigkeit sorgt, macht die Fasern auch schwierig. Die Oberfläche ist chemisch inert. Glatt. Unpolar. Sie bietet kaum Angriffspunkte für Harze oder andere Verbindungspartner.

Warum Carbonfasern beschichtet werden müssen

Die Kohlefaser-Beschichtung erfüllt mehrere wichtige Funktionen. Ohne sie wären Carbonfasern in der industriellen Praxis kaum einsetzbar.

• Schutz vor mechanischer Beschädigung. Die Einzelfilamente sind extrem empfindlich. Bei der Verarbeitung, beim Weben, beim Wickeln brechen unbeschichtete Fasern leicht. Die Beschichtung schützt sie.
• Verbesserung der Handhabbarkeit. Die Beschichtung hält die Filamente zusammen. Sie verhindert das Aufsplitten des Rovings. Sie macht die Fasern weniger störrisch und leichter verarbeitbar.
• Verbesserung der Faser-Matrix-Haftung. Die wichtigste Funktion im Verbundwerkstoff. Die Beschichtung vermittelt zwischen der unpolaren Faseroberfläche und der polaren Harzmatrix.
• Reduzierung von Reibung. Bei der Verarbeitung auf Textilmaschinen ist Reibung ein Problem. Die Beschichtung wirkt als Gleitmittel und schont sowohl Fasern als auch Maschinen.
• Antistatische Wirkung. Carbonfasern sind elektrisch leitfähig. Unbeschichtete Fasern können elektrostatische Probleme verursachen. Die richtige Beschichtung verhindert das.

Welche Beschichtungen es gibt

Nicht jede Beschichtung passt zu jeder Anwendung. Das Sizing muss auf das spätere Harzsystem abgestimmt sein. Es gibt verschiedene Grundtypen.

Epoxidkompatible Sizings

Der Standard für die meisten Strukturanwendungen. Epoxidharze sind die häufigste Matrix für CFK. Das Sizing enthält Komponenten, die chemisch mit dem Epoxid reagieren und eine starke Bindung eingehen.

Polyamidkompatible Sizings

Für thermoplastische Verbundwerkstoffe. Die Chemie ist anders als bei Epoxid. Das Sizing muss entsprechend angepasst sein, um gute Haftung zu gewährleisten.

Polyurethankompatible Sizings

Für spezielle Anwendungen, die Flexibilität oder besondere Beständigkeiten erfordern. PU-basierte Composites haben eigene Anforderungen an die Faser-Matrix-Verbindung.

Universalsizings

Kompromisslösungen für Anwendungen, bei denen verschiedene Harzsysteme zum Einsatz kommen könnten. Sie bieten akzeptable Haftung auf verschiedenen Matrices, aber nicht die optimale Performance spezialisierter Sizings.

Wie Carbonfasern beschichtet werden

Das Carbon Sizing erfolgt in einem kontinuierlichen Prozess. Die Fasern laufen als endloser Strang durch die Beschichtungsanlage. Mehrere Methoden sind möglich.

Tauchbeschichtung. Der Klassiker. Die Fasern werden durch ein Bad mit der Sizing-Lösung gezogen. Die Aufnahme wird über Geschwindigkeit, Konzentration und Abstreifer kontrolliert. Anschließend wird getrocknet.

Sprühbeschichtung. Die Sizing-Lösung wird auf die laufenden Fasern gesprüht. Ermöglicht präzisere Kontrolle der Auftragsmenge. Besonders geeignet für empfindliche Fasern.

Walzenauftrag. Die Fasern werden über Walzen geführt, die mit Sizing benetzt sind. Gute Kontrolle bei hohen Geschwindigkeiten.

Nach dem Auftrag folgt die Trocknung. Meist durch beheizte Strecken oder Infrarotstrahler. Das Wasser oder Lösemittel verdampft. Zurück bleibt ein dünner, gleichmäßiger Film auf den Fasern. Die Schichtdicke liegt typischerweise im Nanometerbereich. Wenige Prozent des Fasergewichts.

Wo beschichtete Carbonfasern eingesetzt werden

Überall dort, wo Leichtigkeit und Festigkeit gefragt sind. Die Anwendungen haben sich in den letzten Jahren stark ausgeweitet.

• Luft- und Raumfahrt. Die ursprüngliche Domäne. Flugzeugrümpfe, Tragflächen, Leitwerke. Jedes Gramm zählt.
• Vom Rennsport in die Serie. Karosserieteile, Strukturbauteile, Antriebswellen.
• Rotorblätter werden immer länger. Ohne CFK wären die heutigen Dimensionen nicht möglich.
• Sport und Freizeit. Fahrradrahmen, Tennisschläger, Golfschläger, Angelruten. Überall wo Performance zählt.
• Robotergreifer, Walzen, Wellen. Steifigkeit bei geringem Gewicht ermöglicht höhere Geschwindigkeiten.
• Prothesen, Orthesen, medizinische Geräte. Leichtigkeit erhöht den Tragekomfort.

In all diesen Anwendungen ist die Qualität der Faserbeschichtung entscheidend für die Performance des Endprodukts. Eine Übersicht über weitere Anwendungen funktionaler Beschichtungen finden Sie auf unserer Website.

Worauf es bei der Qualität ankommt

Die Beschichtung mag nur wenige Prozent des Fasergewichts ausmachen. Aber ihre Qualität beeinflusst die Eigenschaften des fertigen Verbundwerkstoffs maßgeblich.

Sizinggehalt. Zu wenig Sizing bedeutet schlechten Schutz und mangelnde Haftung. Zu viel Sizing kann die Tränkung mit Harz behindern. Der optimale Bereich ist eng.

Gleichmäßigkeit. Die Beschichtung muss über die gesamte Länge und alle Filamente gleichmäßig sein. Ungleichmäßigkeiten führen zu Schwankungen im Verbundwerkstoff.

Faser-Matrix-Haftung. Der wichtigste Parameter für den Verbundwerkstoff. Gemessen durch Mikrobondtests oder andere Haftungsprüfungen an Verbundprobekörpern.

Faserschädigung. Die Beschichtung darf die Fasern nicht beschädigen. Zugfestigkeit und Modul müssen erhalten bleiben.

Beschichtung von Kurzfasern im Trommelverfahren

Neben Endlosfasern gibt es auch Kurzfasern und Faserschnipsel. Sie werden für Spritzguss-Compounds, Pressmassen oder als Füllstoff verwendet. Auch sie brauchen eine Beschichtung. Hier kann die Trommelbeschichtung ihre Vorteile ausspielen. Das Beschichten von Carbonfasern im SC-Coater® bietet besondere Vorteile für Kurzfasern.

• Schonende Verarbeitung. Die Fasern werden umgewälzt, nicht gerührt. Das minimiert Faserbruch und erhält die Faserlänge.
• Gleichmäßige Beschichtung. Jede Faser wird von allen Seiten erreicht. Keine unbeschichteten Stellen.
• Hoher Materialwirkungsgrad. 95 Prozent des Beschichtungsmaterials landen auf den Fasern. Minimaler Verlust.
• Flexible Rezepturen. Verschiedene Sizings und Additive können aufgetragen werden. Auch Mehrschichtsysteme sind möglich.

Mehr zum Verfahren erfahren Sie auf unserer Seite zur Lohnbeschichtung.

Der Weg zur maßgeschneiderten Faserbeschichtung

Jede Anwendung ist anders. Das Sizing muss auf Fasertyp, Harzsystem und Verarbeitungsprozess abgestimmt sein. Wir entwickeln die passende Lösung gemeinsam mit Ihnen.

Am Anfang steht die Anforderungsanalyse. Welche Fasern? Welches Harz? Welche Verarbeitung? Welche Eigenschaften soll der Verbund haben? Auf dieser Basis wählen wir das Beschichtungssystem aus oder entwickeln eine neue Formulierung.

Dann folgen Beschichtungsversuche im kleinen Maßstab. Die beschichteten Fasern werden analysiert. Sizinggehalt, Gleichmäßigkeit, optisches Erscheinungsbild. Wenn nötig, optimieren wir die Parameter.

Der entscheidende Test ist die Anwendung. Die beschichteten Fasern werden zu Verbundwerkstoffen verarbeitet und geprüft. Erst wenn die Ergebnisse stimmen, gehen wir in die Produktion.

Special Coatings begleitet Sie durch den gesamten Prozess. Von der Projektplanung über die Bemusterungbis zur Serienlieferung.

Hochleistungsmaterial optimal vorbereitet

Carbonfasern beschichten ist mehr als ein Veredelungsschritt. Es ist die Voraussetzung dafür, dass Carbonfasern ihre außergewöhnlichen Eigenschaften im Verbundwerkstoff entfalten können. Die richtige Beschichtung entscheidet über die Performance des Endprodukts.

Mit unserer Erfahrung in funktionalen Beschichtungen und unserem Know-how in der Verarbeitung empfindlicher Materialien sind wir der richtige Partner für anspruchsvolle Faserbeschichtungen. Wir verstehen die Anforderungen. Wir liefern Lösungen.

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Häufig gestellte Fragen

Warum müssen Carbonfasern beschichtet werden?

Die Beschichtung (Sizing) schützt die empfindlichen Fasern vor mechanischer Beschädigung, verbessert die Handhabbarkeit, vermittelt die Haftung zur Harzmatrix und reduziert Reibung bei der Verarbeitung. Ohne Beschichtung wären Carbonfasern kaum industriell nutzbar.

Welche Arten von Sizing gibt es?

Die Haupttypen sind epoxidkompatible, polyamidkompatible und polyurethankompatible Sizings. Sie sind jeweils auf bestimmte Harzsysteme optimiert. Daneben gibt es Universalsizings für breitere Einsatzmöglichkeiten mit etwas geringerer Spezialisierung.

Wie viel Sizing wird aufgetragen?

Der Sizinggehalt liegt typischerweise bei 0,5 bis 2 Prozent des Fasergewichts. Die genaue Menge hängt von Fasertyp, Anwendung und Harzsystem ab. Die Schichtdicke liegt im Nanometerbereich.

Können auch Kurzfasern beschichtet werden?

Ja. Kurzfasern und Faserschnipsel können im Trommelverfahren beschichtet werden. Das Verfahren ist besonders schonend und erhält die Faserlänge. Es eignet sich für Fasern, die später in Spritzguss-Compounds oder Pressmassen verwendet werden.

Wie wird die Qualität der Beschichtung geprüft?

Wichtige Parameter sind der Sizinggehalt, die Gleichmäßigkeit der Beschichtung und die Faser-Matrix-Haftung im fertigen Verbund. Die Haftung wird durch Mikrobondtests oder mechanische Prüfungen an Verbundprobekörpern ermittelt.

Kann die Beschichtung an ein spezielles Harzsystem angepasst werden?

Ja. Das Sizing kann auf das spezifische Harzsystem des Kunden abgestimmt werden. Bei Bedarf entwickeln wir maßgeschneiderte Formulierungen, die optimale Haftung und Verarbeitbarkeit gewährleisten.