Carbonfaser-verstärkter Kunststoff CFK — Bauteil-Praxis 2026

Carbonfaser-verstärkter Kunststoff — kurz CFK, im englischen Sprachraum CFRP — ist seit den 1970er-Jahren der Standard-Faserverbund für gewichtskritische Bauteile. 2026 ist die Praxis ausgereift: definierte Faser-Typen mit reproduzierbaren mechanischen Kennwerten, etablierte Harz-Systeme, automatisierte Layup-Verfahren und — als jüngste Entwicklungs-Linie — funktionierende Recycling-Pfade. Dieser Artikel ordnet die Bauteil-Praxis vom Roving bis zum ausgehärteten Laminat.

Drei Faser-Familien

Carbon-Fasern entstehen durch Pyrolyse von PAN-Vorläufer-Fasern (Polyacrylnitril) bei 1.000–3.000 °C in inerter Atmosphäre. Über die Endtemperatur, die Streckung im Hochtemperatur-Ofen und die Oberflächen-Behandlung werden drei Familien eingestellt:

• HT — Hochfeste Faser (high tensile). Zugfestigkeit > 3.500 MPa, E-Modul ≈ 230 GPa, Bruchdehnung 1,5–2,0 %. Standard im Aerospace- und Sport-Bereich. Typen: Toray T700, T800; Hexcel IM7-Vorgänger; SGL Sigrafil C T50.
• IM — Zwischen-Modul-Faser (intermediate modulus). Zugfestigkeit 5.500–6.500 MPa, E-Modul 290–310 GPa. Standard für Primär-Strukturen moderner Verkehrsflugzeuge. Typen: Toray T1000, T1100; Hexcel IM7, IM8.
• HM / UHM — Hochmodul- bzw. Ultra-Hochmodul-Faser (high / ultra high modulus). E-Modul > 400 GPa, im Extremfall bis 900 GPa (UHM). Zugfestigkeit fällt auf 2.500–4.000 MPa. Anwendung in steifigkeits-getriebenen Bauteilen: Satelliten-Strukturen, Roboter-Arme, optische Bänke.

Die Fasern werden als endlose Filamente mit Durchmessern von 5–7 µm zu Rovings gebündelt — typisch 1K (1.000 Filamente), 3K, 6K, 12K oder 24K. Höhere K-Zahlen sind preiswerter, niedrigere lassen sich feiner verarbeiten.

Matrix-Systeme: Epoxidharz als Standard

Die Matrix übernimmt zwei Aufgaben: Sie hält die Fasern in Position, und sie überträgt Querkräfte zwischen ihnen. Für strukturelles CFK ist 2026 die Epoxidharz-Matrix Standard. Drei Klassen sind etabliert:

• 120 °C-Systeme — z. B. Hexcel HexPly 8552 in der ursprünglichen Variante, RTM6-Vorgänger. Aushärtung im Autoklav oder Ofen, Glasübergangs-Temperatur Tg ≈ 130 °C. Standard für Sport- und Industrie-Bauteile.
• 180 °C-Systeme — RTM6 (Hexcel), Cycom 977-2 (Cytec/Solvay), Toray 3900-Serie. Aushärtung im Autoklav bei 180 °C / 7 bar, Tg ≈ 195 °C. Standard im Aerospace-Primärstruktur-Bereich.
• Toughened Systems — Epoxidharze mit thermoplastischen Modifikatoren (PES, PEI) für gesteigerte Schlagzähigkeit. CAI-Werte (Compression After Impact) über 250 MPa.

Daneben existieren Sonder-Matrizen: Bismaleimid (BMI) für Tg > 250 °C, Polyimid für Tg > 300 °C, Thermoplaste (PEEK, PEKK) für hochbelastete Bauteile mit Schweißbarkeit. Im Volumen bleibt 2026 das Epoxidharz dominant.

Halbzeug-Formen

Welche Halbzeug-Form gewählt wird, bestimmt das Verfahren und damit Bauteil-Geometrie und Stückzahl:

• Prepreg — vorimprägnierte Faserbahnen mit definiertem Faser-Volumengehalt und Harz-Anteil. Lagerung bei –18 °C, Verarbeitungs-Fenster (out-life) typisch 30 Tage. Standard für Aerospace-Bauteile.
• Roving — trockene Faser-Spule für Wickel-Verfahren (Filament Winding) und Pultrusion. Verwendung bei Druckbehältern, Rohren, Profilen.
• Gewebe / Gelege — flächige Halbzeuge mit definierten Faser-Richtungen. Köper- und Atlas-Bindungen für Sicht-CFK; multiaxiale Gelege (NCF — Non-Crimp Fabric) für strukturelle Anwendungen.
• SMC und BMC — Sheet bzw. Bulk Moulding Compound mit kurzen Carbon-Fasern, Press-verarbeitet, für höhere Stückzahlen im Automotive-Bereich.

Der Faser-Volumengehalt φ_f liegt für Prepreg-Laminate bei 55–62 %, für Infusions-Bauteile bei 50–58 %, für Wickel-Bauteile bei bis zu 65 %. Höhere Werte verbessern die Festigkeit linear; oberhalb 65 % treten Trocken-Stellen und Fehl-Imprägnierungen auf.

Layup-Praxis

Ein CFK-Bauteil ist immer eine Sandwich- oder Laminat-Konstruktion mit definierter Stapel-Folge — dem Layup. Die Standard-Konvention notiert Lagen mit ihrer Orientierung in Grad gegen eine Referenz-Richtung:

[0/+45/–45/90]_s

Das Suffix ₛ bedeutet symmetrisch gespiegelt; der hier gezeigte Aufbau ist also achtlagig: 0, +45, –45, 90, 90, –45, +45, 0. Symmetrische Layups vermeiden Verformungs-Verkopplung beim Aushärten.

Drei Aufbau-Familien sind in der Praxis dominant:

• Quasi-isotroper Aufbau [0/+45/–45/90]_s — gleichmäßige Steifigkeit in alle Richtungen, Standard für unbestimmt belastete Bauteile.
• Cross-ply [0/90]_n — hohe Steifigkeit in zwei Hauptrichtungen, niedrige Schub-Festigkeit.
• Unidirektional [0]_n — maximale Festigkeit und Steifigkeit in einer Richtung, für Biegeträger und Druckstäbe.

Aushärte-Verfahren

Zwei Verfahren teilen den Markt 2026:

• Autoklav-Härtung — Bauteil wird im Vakuum-Sack auf eine Form gelegt, in den Autoklav gefahren und bei typisch 180 °C / 7 bar Druck gehärtet. Hochwertigste Laminat-Qualität: Porosität < 1 %, Faser-Volumengehalt 60 %, reproduzierbare Tg. Standard für Aerospace-Strukturen. Investitions-intensiv (Autoklave mit Durchmessern bis 9 m kosten zweistellige Millionenbeträge).
• Vakuum-Sack-Härtung — Aushärtung ohne Außen-Druck, nur durch Vakuum (theoretisch maximal 1 bar). Etwas höhere Restporosität (1–3 %), niedrigere Stückkosten. Standard für Kleinserien-Sport-Bauteile, Marine, Modellbau.

Daneben existiert die RTM-Linie (Resin Transfer Molding): trockenes Preform wird in eine geschlossene Form gelegt, Harz wird unter Druck injiziert, dann ausgehärtet. Für mittelhohe Stückzahlen im Automotive-Bereich (BMW i3, M-Serien-CFRP-Dächer).

Markt-Segmentierung 2026

Das globale CFK-Marktvolumen liegt 2026 bei rund 200.000 Tonnen pro Jahr. Die Anwendungs-Felder verteilen sich näherungsweise wie folgt:

Segment	Anteil	Treiber
Aerospace	≈ 50 %	A350, B787, neue Mid-Market-Plattformen
Automotive	≈ 25 %	Elektromobilität, Karosserie-Strukturen
Wind-Energie	≈ 12 %	Rotorblätter ab 80 m Länge
Sport / Marine	≈ 8 %	Rad, Ski, Yacht, Schläger
Industrie / sonstiges	≈ 5 %	Roboter, Druckbehälter, Bauwesen

Die Kosten variieren stark mit Halbzeug und Faser-Typ. Eine Übersicht der Werks-Preise (Stand 2026):

• HT-Faser, 12K-Roving: 18–28 EUR/kg
• IM-Faser, 6K-Roving: 35–50 EUR/kg
• HM-Faser, 3K-Roving: 60–120 EUR/kg
• Aerospace-Prepreg (IM/180 °C): 70–110 EUR/kg
• Sport-Prepreg (HT/120 °C): 25–45 EUR/kg

Recycling-Praxis 2026

Lange galt CFK als nicht recycelbar. 2026 ist diese Aussage überholt. Zwei Verfahren sind industriell etabliert:

• Pyrolyse — thermische Zersetzung der Harz-Matrix bei 500–700 °C in sauerstoff-armer Atmosphäre. Die freigesetzten Pyrolyse-Gase werden energetisch genutzt. Die zurückbleibenden Fasern behalten 85–95 % ihrer ursprünglichen Zugfestigkeit. Hauptanlagen: ELG Carbon Fibre (UK), Carbon Conversions (USA), CFK Valley (DE).
• Mechanisches Shredding — Zerkleinerung des Laminats auf Faser-Längen von 0,1–10 mm. Die kurzen Fasern werden in Thermoplaste eingemischt und als verstärkte Spritzguss-Granulate vermarktet. Sekundär-Anwendungen: Gehäuse, Strukturteile niedriger Belastung.

Der Anteil recyclierter Fasern am Gesamt-CFK-Markt liegt 2026 bei rund 8 % — steigend, getrieben durch Aerospace-Rückbau (B777-Außerdienststellungen) und EU-Regulierung (End-of-Life-Vehicles-Richtlinie, Eco-Design Sustainable Products Regulation).

Bemessen, nicht hoffen

CFK ist 2026 ein Bemessungs-Werkstoff. Die mechanischen Kennwerte sind durch Norm-Prüfungen (ASTM D3039 für Zugfestigkeit, D6641 für Druck, D7136 für Impact) reproduzierbar. Die Streuungen liegen bei 5–10 %, deutlich besser als bei vielen Holzwerkstoffen oder Gusslegierungen. Wer ein CFK-Bauteil entwirft, beginnt mit dem Lastkollektiv, wählt Faser-Typ und Layup, legt Prepreg- oder Infusions-Verfahren fest, simuliert das Laminat (üblich: Abaqus mit Hashin- oder Puck-Versagens-Kriterium), prototypisiert und prüft. Die Werkstoff-Eigenschaften sind keine Variable mehr — sie sind eine Eingabe.