Bei der Kohlefaserherstellung handelt es sich um den Prozess der Herstellung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK). Produkte aus Kohlefaser bieten eines der höchsten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse aller Materialien und bieten außerdem hervorragende thermische und leitfähige Eigenschaften. Diese hohe Festigkeit und das geringe Gewicht machen die Herstellung von Kohlefasern zu einer beliebten Wahl in der Luft- und Raumfahrt-, Schifffahrts- und Sportartikelindustrie. Bestimmte Mischungen von Kohlenstofffasermaterialien können auch als Graphit bezeichnet werden.
Der Prozess der Kohlenstofffaserherstellung beginnt damit, dass die Hersteller Rohstoffe zu feinen Kohlenstoffsträngen verarbeiten. Sie beginnen mit einer Kohlenteerbasis oder einem Pech, das zur Herstellung preisgünstiger Kohlefaserprodukte verwendet wird. Für hochwertige Produkte gehen Hersteller von einem Polyacrylnitril-Grundmaterial aus, das aus Propylen und Ammoniak besteht. Nach mehrmaligem Erhitzen dieses Grundmaterials verändert es seine Struktur drastisch. Schließlich verwandelt sich das Material in eine Kette aus Kohlenstoffmolekülen und alle anderen Moleküle verschwinden.
Diese Kohlenstoffmoleküle werden mit Chemikalien vermischt und einem Prozess unterzogen, der als Nassspinnen bezeichnet wird. Beim Nassspinnen wird die flüssige Kohlenstoffmischung durch eine Spinndüse mit vielen kleinen Löchern geleitet. Die Spinndüse formt das Material zu langen, dünnen Kohlenstofffäden. Durch Mischen dieser Filamente mit Epoxidharz oder anderen Harzen können Hersteller CFK herstellen.
Die Herstellung von Carbonfasern ist sehr präzise und selbst eine kleine Änderung während der Produktion kann die Qualität des Produkts beeinträchtigen. Jede Carbonfaser-Produktionsstätte verwendet während des gesamten Herstellungsprozesses ihre eigene, einzigartige Kombination aus Grundmaterialien, Chemikalien und Temperaturbereichen. Dies führt zu subtilen Unterschieden zwischen den Kohlefasermaterialien verschiedener Hersteller.
Hersteller formen Kohlefasern mithilfe verschiedener Herstellungsverfahren zu einer Vielzahl von Produkten. Sie können Glasfaser- oder Metallformen herstellen, um einzelne Teile zu gießen. Gegossene kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe werden häufig mit Netzschichten überzogen, um während des Formprozesses zusätzliche Festigkeit und Stabilität zu gewährleisten. Unternehmen können geschmolzenen Kohlenstofffaserkunststoff auch durch eine Stahldüse extrudieren, um verschiedene Formen zu bilden.
Seit seiner Erfindung Mitte des 20. Jahrhunderts wird die Kohlefaserherstellung zur Herstellung von Flugzeugen, Schiffen und Automobilen eingesetzt. Seitdem wird es auch häufig zur Herstellung von Sportartikeln wie Fahrrädern, Tennisschlägern und Goldschlägern verwendet. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts war die Windkraftindustrie zum weltweit größten Abnehmer von Kohlefasern geworden, die zur Herstellung großer Windkraftanlagen verwendet werden.