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1. Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit ist die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es sich dehnt. Manche nicht spröde Materialien verformen sich, bevor sie brechen, aberKevlar® (Aramid) FasernKohlenstofffasern und E-Glasfasern sind spröde und brechen bereits bei geringer Verformung. Die Zugfestigkeit wird als Kraft pro Flächeneinheit (Pa oder Pascal) gemessen.

2. Dichte und Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
Beim Vergleich der Dichten der drei Materialien zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den drei Fasern. Stellt man drei Proben mit exakt gleicher Größe und gleichem Gewicht her, wird schnell deutlich, dass Kevlar®-Fasern wesentlich leichter sind, dicht gefolgt von Kohlenstofffasern.E-Glasfasernder schwerste.

3. Elastizitätsmodul
Der Elastizitätsmodul (Young-Modul) ist ein Maß für die Steifigkeit eines elastischen Materials und dient dessen Beschreibung. Er ist definiert als das Verhältnis von einachsiger Spannung (in einer Richtung) zu einachsiger Dehnung (Verformung in derselben Richtung). Elastizitätsmodul = Spannung/Dehnung bedeutet, dass Materialien mit einem hohen Elastizitätsmodul steifer sind als solche mit einem niedrigen.
Die Steifigkeit von Kohlenstofffasern, Kevlar® und Glasfasern variiert stark. Kohlenstofffasern sind etwa doppelt so steif wie Aramidfasern und fünfmal steifer als Glasfasern. Der Nachteil der hohen Steifigkeit von Kohlenstofffasern liegt in ihrer höheren Sprödigkeit. Beim Bruch zeigen sie in der Regel nur geringe Verformungen oder Dehnungen.

4. Entflammbarkeit und thermische Zersetzung
Sowohl Kevlar® als auch Kohlenstofffaser sind hochtemperaturbeständig und haben keinen Schmelzpunkt. Beide Materialien werden für Schutzkleidung und feuerfeste Textilien verwendet. Glasfaser schmilzt zwar irgendwann, ist aber ebenfalls sehr hitzebeständig. Mattierte Glasfasern, die in Gebäuden eingesetzt werden, können die Feuerbeständigkeit zusätzlich erhöhen.
Kohlenstofffasern und Kevlar® werden zur Herstellung von Schutzdecken und -kleidung für Feuerwehr und Schweißer verwendet. Kevlar-Handschuhe kommen häufig in der Fleischindustrie zum Einsatz, um die Hände beim Umgang mit Messern zu schützen. Da die Fasern selten allein verwendet werden, ist die Hitzebeständigkeit des Trägermaterials (meist Epoxidharz) ebenfalls wichtig. Epoxidharz erweicht beim Erhitzen schnell.

5. Elektrische Leitfähigkeit
Kohlenstofffasern leiten Strom, aber Kevlar® undFiberglasNein. Kevlar® wird zum Einziehen von Leitungen in Strommasten verwendet. Obwohl es selbst nicht leitfähig ist, absorbiert es Wasser, und Wasser leitet Strom. Daher muss Kevlar® in solchen Anwendungen mit einer wasserdichten Beschichtung versehen werden.

6. UV-Abbau
AramidfasernEpoxidharze zersetzen sich unter Sonneneinstrahlung und in Umgebungen mit hoher UV-Strahlung. Kohlenstoff- oder Glasfasern sind gegenüber UV-Strahlung wenig empfindlich. Einige gängige Matrixmaterialien wie Epoxidharze hingegen verfärben sich unter Sonneneinstrahlung weißlich und verlieren an Festigkeit. Polyester- und Vinylesterharze sind zwar UV-beständiger, aber weniger fest als Epoxidharze.

7. Ermüdungsresistenz
Wird ein Bauteil wiederholt gebogen und gerichtet, versagt es irgendwann aufgrund von Materialermüdung.KohlenstofffaserEs ist etwas anfällig für Materialermüdung und neigt zu katastrophalem Versagen, wohingegen Kevlar® ermüdungsbeständiger ist. Glasfaser liegt irgendwo dazwischen.

8. Abriebfestigkeit
Kevlar® ist äußerst abriebfest und daher schwer zu schneiden. Es wird häufig als Schutzhandschuh für Bereiche eingesetzt, in denen die Gefahr von Schnittverletzungen durch Glas besteht oder in denen scharfe Klingen verwendet werden. Kohlenstoff- und Glasfasern sind weniger widerstandsfähig.

9. Chemische Beständigkeit
AramidfasernKevlar® reagiert empfindlich auf starke Säuren, Basen und bestimmte Oxidationsmittel (z. B. Natriumhypochlorit), die zu Faserschäden führen können. Herkömmliche Chlorbleiche (z. B. Clorox®) und Wasserstoffperoxid sind für Kevlar® ungeeignet. Sauerstoffbleiche (z. B. Natriumperborat) hingegen kann verwendet werden, ohne Aramidfasern zu schädigen.

10. Körperbindungseigenschaften
Damit Kohlenstofffasern, Kevlar® und Glasfasern ihre optimale Leistung erbringen, müssen sie in der Matrix (üblicherweise einem Epoxidharz) fixiert werden. Daher ist die Fähigkeit des Epoxidharzes, sich mit den verschiedenen Fasern zu verbinden, von entscheidender Bedeutung.
Sowohl Kohlenstoff als auchGlasfasernAramidfasern haften zwar leicht an Epoxidharz, die Verbindung zwischen Aramidfasern und Epoxidharz ist jedoch nicht so stark wie gewünscht, wodurch Wasser eindringen kann. Die leichte Wasseraufnahmefähigkeit der Aramidfasern in Kombination mit der unzureichenden Haftung an Epoxidharz führt dazu, dass Kevlar® bei Beschädigung der Oberfläche und dem Eindringen von Wasser entlang der Fasern Wasser aufnimmt und den Verbundwerkstoff schwächt.

11. Farbe und Webart
Aramid ist in seinem natürlichen Zustand hellgolden, kann aber eingefärbt werden und ist mittlerweile in vielen schönen Farbtönen erhältlich. Auch Fiberglas gibt es in farbigen Varianten.KohlenstofffaserEs ist immer schwarz und kann mit farbigem Aramid gemischt werden, kann aber selbst nicht eingefärbt werden.

Eigenschaften verstärkter Faserwerkstoffe: Vorteile und Nachteile von Kevlar, Kohlenstofffasern und Glasfasern


Veröffentlichungsdatum: 07.08.2024