In Verbundwerkstoffen hängt die Leistungsfähigkeit von Glasfasern als wichtige Verstärkungskomponente maßgeblich von der Grenzflächenhaftung zwischen Faser und Matrix ab. Die Stärke dieser Grenzflächenhaftung bestimmt die Spannungsübertragungsfähigkeit der Glasfaser unter Belastung sowie deren Stabilität bei hohen Festigkeiten. Im Allgemeinen ist die Grenzflächenhaftung zwischen Glasfaser und Matrixmaterial sehr schwach, was den Einsatz von Glasfasern in Hochleistungsverbundwerkstoffen einschränkt. Daher ist die Optimierung der Grenzflächenstruktur und die Stärkung der Grenzflächenhaftung mittels Beschichtung mit einem Schlichtemittel ein entscheidender Ansatz zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Glasfaserverbundwerkstoffen.
Ein Schlichtemittel bildet eine molekulare Schicht auf der Oberfläche desFiberglasDadurch kann die Grenzflächenspannung effektiv reduziert werden, wodurch die Glasfaseroberfläche hydrophiler oder oleophiler wird und die Kompatibilität mit der Matrix verbessert wird. Beispielsweise kann die Verwendung eines Schlichtemittels mit chemisch aktiven Gruppen chemische Bindungen mit der Glasfaseroberfläche eingehen und so die Grenzflächenhaftung weiter erhöhen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass Nano-Schlichtemittel die Glasfaseroberfläche gleichmäßiger beschichten und die mechanische und chemische Bindung zwischen Faser und Matrix verstärken können, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Faser effektiv verbessert werden. Gleichzeitig kann eine geeignete Schlichtemittelformulierung die Oberflächenenergie der Faser anpassen und die Benetzbarkeit der Glasfaser verändern, was zu einer starken Grenzflächenhaftung zwischen Faser und verschiedenen Matrixmaterialien führt.
Verschiedene Beschichtungsverfahren haben ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Verbesserung der Grenzflächenhaftung. Beispielsweise kann bei der plasmaunterstützten Beschichtung ionisiertes Gas zur Behandlung der Grenzfläche eingesetzt werden.GlasfaserDie Oberfläche wird gereinigt, organische Stoffe und Verunreinigungen werden entfernt, die Oberflächenaktivität erhöht und somit die Bindung des Schlichtemittels an die Faseroberfläche verbessert.
Das Matrixmaterial selbst spielt eine entscheidende Rolle für die Grenzflächenhaftung. Die Entwicklung neuer Matrixformulierungen mit stärkerer chemischer Affinität zu den behandelten Glasfasern kann zu deutlichen Verbesserungen führen. Beispielsweise können Matrizen mit einer hohen Konzentration reaktiver Gruppen robustere kovalente Bindungen mit dem Schlichtemittel auf der Faseroberfläche ausbilden. Darüber hinaus kann die Modifizierung der Viskosität und der Fließeigenschaften des Matrixmaterials eine bessere Imprägnierung des Faserbündels gewährleisten und so Hohlräume und Defekte an der Grenzfläche minimieren, die eine häufige Schwachstelle darstellen.
Der Herstellungsprozess selbst kann optimiert werden, um die Grenzflächenhaftung zu verbessern. Techniken wieVakuuminfusionoderHarzinjektionsverfahren (RTM)kann eine gleichmäßigere und vollständigere Benetzung desGlasfasernDurch die Matrix werden Lufteinschlüsse vermieden, die die Verbindung schwächen könnten. Zusätzlich kann durch Anlegen von externem Druck oder durch kontrollierte Temperaturzyklen während der Aushärtung ein engerer Kontakt zwischen Faser und Matrix gefördert werden, was zu einem höheren Vernetzungsgrad und einer stärkeren Grenzfläche führt.
Die Verbesserung der Grenzflächenhaftung von Glasfaserverbundwerkstoffen ist ein wichtiges Forschungsgebiet mit bedeutenden praktischen Anwendungen. Obwohl der Einsatz von Schlichtemitteln und verschiedenen Beschichtungsverfahren einen Eckpfeiler dieser Bemühungen darstellt, werden auch andere Wege erforscht, um die Leistungsfähigkeit weiter zu steigern.
Veröffentlichungsdatum: 04.09.2025
