Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK, CFRP) sind Faserverbundwerkstoffe, bei denen hochfeste Kohlenstofffasern in eine polymerbasierte Matrix, typischerweise ein duroplastisches Epoxidharz oder ein thermoplastisches Polymer, eingebettet sind. Die wesentlichen Strukturtragelemente sind die kontinuierlichen Fasern, während die Matrix die Lastübertragung zwischen den Fasern, den Verbund der Lagen sowie Umgebungs- und Medienschutz gewährleistet.

Charakteristisch für CFK ist ein sehr hohes spezifisches E-Modul und eine hohe spezifische Festigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte. Durch definierte Faserorientierung (Unidirektionallagen, Gewebe, Multiaxialgelegen) lässt sich ein ausgeprägt anisotropes Eigenschaftsprofil einstellen, das maßgeschneidert auf die Belastungspfade im Bauteil abgestimmt werden kann. Dies macht CFK zu einem Schlüsselwerkstoff im Leichtbau, insbesondere in Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Windenergie und Hochleistungs-Sportanwendungen.

Die mechanischen Eigenschaften werden von der Faserart (z.B. Hochfest-, Hochmodulfaser), dem Faser-Volumenanteil, der Matrixchemie und der Grenzflächenhaftung zwischen Faser und Matrix bestimmt. Versagen erfolgt typischerweise über komplexe Mechanismen wie Faserbruch, Faserauszug, Matrixrisse und Delamination. Die Auslegung erfordert daher bruchmechanische und multiaxiale Versagenskriterien sowie laminatbasierte Berechnungsansätze.

Herausforderungen bestehen in der qualitätsgesicherten Fertigung (z.B. Prepreg-Autoklavverfahren, Harzinfiltration, thermoplastische Konsolidierung), der Langzeitbeständigkeit (Feuchte, Temperatur, Ermüdung) und insbesondere im Recycling der kohlenstofffaserhaltigen Reststoffe. Aktuelle Entwicklungen fokussieren auf thermoplastische CFRPs, automatisierte Herstellprozesse und verbesserte Recycling- und Wiederverwendungskonzepte für Fasern und Matrix.