Die physikalischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen werden maßgeblich von den Fasern bestimmt. Das bedeutet, dass die Eigenschaften von Harzen und Fasern in Kombination denen der einzelnen Fasern sehr ähnlich sind. Testergebnisse zeigen, dass faserverstärkte Werkstoffe den größten Teil der Last tragen. Daher ist die Auswahl des Fasergewebes bei der Konstruktion von Verbundstrukturen von entscheidender Bedeutung.
Beginnen Sie den Prozess, indem Sie die für Ihr Projekt benötigte Verstärkungsart bestimmen. Ein typischer Hersteller kann zwischen drei gängigen Verstärkungsarten wählen: Glasfaser, Kohlenstofffaser und Kevlar® (Aramidfaser). Glasfaser ist in der Regel die universelle Wahl, während Kohlenstofffaser eine hohe Steifigkeit und Kevlar® eine hohe Abriebfestigkeit bietet. Beachten Sie, dass verschiedene Gewebearten in Laminaten kombiniert werden können, um Hybridverbunde zu erzeugen, die die Vorteile mehrerer Materialien vereinen.
Glasfaserverstärkungen
Glasfaser ist ein bekannter Werkstoff und die Grundlage der Verbundwerkstoffindustrie. Seit den 1950er Jahren wird sie in vielen Anwendungen eingesetzt, und ihre physikalischen Eigenschaften sind gut erforscht. Glasfaser ist leicht, besitzt eine moderate Zug- und Druckfestigkeit, ist widerstandsfähig gegen Beschädigungen und zyklische Belastungen und lässt sich einfach verarbeiten. Die daraus entstehenden Produkte werden als glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) bezeichnet. Sie sind in allen Lebensbereichen weit verbreitet. Der Name Glasfaser leitet sich davon ab, dass diese Art von Faserfilament durch Schmelzen von Quarz und anderen Erzmaterialien bei hohen Temperaturen zu einer Glassuspension hergestellt und anschließend mit hoher Geschwindigkeit zu Filamenten gezogen wird. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung weist diese Faserart viele Vorteile auf, darunter Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und gute Isolationseigenschaften. Kohlenstofffasern haben jedoch auch Nachteile: Sie sind spröder, weniger duktil und nicht verschleißfest. Glasfaserverstärkte Kunststoffe werden heutzutage in vielen Bereichen wie Isolierung, Wärmedämmung, Korrosionsschutz und anderen eingesetzt.
Glasfaser ist der am weitesten verbreitete aller verfügbaren Verbundwerkstoffe. Dies liegt vor allem an seinen vergleichsweise geringen Kosten und seinen moderaten physikalischen Eigenschaften. Glasfaser eignet sich gut für alltägliche Projekte und Bauteile, die keine besonders anspruchsvolle Faserstruktur für zusätzliche Festigkeit und Haltbarkeit erfordern.
Um die Festigkeitseigenschaften von Glasfaser zu optimieren, kann sie mit Epoxidharzen kombiniert und mit Standard-Laminierverfahren ausgehärtet werden. Sie eignet sich hervorragend für Anwendungen in der Automobil-, Schiffs-, Bau-, Chemie- und Luftfahrtindustrie und wird häufig für Sportartikel verwendet.
Aramidfaserverstärkung
Aramidfasern sind eine Hightech-Chemikalie. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringes Gewicht aus und gehören zu den Schlüsselmaterialien der Verteidigungsindustrie. Sie finden vielfältige Anwendung in kugelsicherer Ausrüstung und Flugzeugausrüstung.
Aramidfasern gehören zu den ersten hochfesten synthetischen Fasern, die sich in der Faserverbundkunststoffindustrie (FVK) durchgesetzt haben. Para-Aramidfasern in Verbundqualität sind leicht, weisen eine ausgezeichnete spezifische Zugfestigkeit auf und gelten als äußerst schlag- und abriebfest. Typische Anwendungsgebiete sind leichte Rümpfe wie Kajaks und Kanus, Flugzeugrumpfverkleidungen und Druckbehälter, schnittfeste Handschuhe, kugelsichere Westen und vieles mehr. Aramidfasern werden mit Epoxid- oder Vinylesterharzen verwendet.
Kohlenstofffaserverstärkung
Mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90 % weist Kohlenstofffaser die höchste Zugfestigkeit in der Faserverbundindustrie auf. Sie besitzt zudem die branchenweit höchste Druck- und Biegefestigkeit. Nach der Verarbeitung werden diese Fasern zu Kohlenstofffaserverstärkungen wie Geweben und Garnen verarbeitet. Kohlenstofffaserverstärkungen bieten eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit und sind in der Regel teurer als andere Faserverstärkungen.
Um die Festigkeitseigenschaften von Kohlenstofffasern zu optimieren, sollten sie mit Epoxidharzen verwendet und mit Standard-Laminierverfahren ausgehärtet werden. Sie eignen sich hervorragend für Anwendungen im Automobil-, Schiffs- und Luftfahrtbereich und werden häufig in Sportartikeln eingesetzt.
Veröffentlichungsdatum: 13. Dezember 2023
