Allgemeine Hinweise
Hier finden Sie allgemeine Hinweise und Grundsätze zu Faserverbundwerkstoffen, die Ihnen auch in Verbindung mit EASYPREG hilfreich sein werden.
Faserverbundwerkstoffe
- bestehen aus 3 Hauptkomponenten (Fasern, Matrix, Grenzschicht dazwischen)
- erhalten durch Wechselwirkungen der beiden Komponenten im Verbund höherwertige Eigenschaften als jede Komponente einzeln.
- haben richtungsabhängige Eigenschaften
- Die mechanischen und thermischen Eigenschaften können speziell auf die Anforderungen abgestimmt werden (Veränderung der Faser-Matrix-Kombination, der Faserausrichtungen, des Faservolumenanteils, der Schichtreihenfolge…).
Geschichte
- In der Natur findet man unzählige Beispiele für faserverstärkte Strukturen.
- (Pflanzen: Holz, Blätter, Tiere: Muskeln, Knochen)
- In den folgenden Ausführungen geht es um faserverstärkte Kunststoffe.
- Einteilung der Kunststoffe
- Duroplastische Kunststoffe erhalten ihre endgültige Form bei der Verarbeitung der Einzelkomponenten. Nach der Aushärtung ist der Werkstoff bei Wärmeeinwirkung formbeständig. Bei zu hoher Temperatur wird der Kunststoff irreparabel zerstört (Zersetzung)
- Thermoplastische Kunststoffe können durch Wärmezufuhr erweicht und nachträglich verformt werden. Das bietet die Möglichkeit rationellster Verfahrenstechniken wie zum Beispiel Tiefziehen, Spritzgießen, Schweißen.
Aufgaben der Komponenten
- Die Fasern sind verantwortlich für die Festigkeit des Bauteils (Zugfestigkeit, Biegefestigkeit) und bestimmen daher vorrangig die Eigenschaften des Fertigteils. Sie sind durch Adhäsions- und / oder Kohäsionskräfte an die Matrix gebunden.
- Die Matrix fixiert die Verstärkungsfasern, überträgt und verteilt Kräfte und Spannungen zwischen ihnen und schützt sie vor äußeren mechanischen, thermischen und chemischen Einflüssen (Umwelteinflüsse, Beständigkeit gegenüber Chemikalien). Weiterhin entscheidet sie über eine mögliche thermische Formgebung, die Wärmeformbeständigkeit und Recyclingfähigkeit.
- In der Grenzschicht findet die Spannungsübertragung zwischen den Fasern und der Matrix statt.
Faservolumenanteil
- ist ein wichtiger Bestandteil bei der Berechnung von Faserverbundkonstruktionen
- ist das Verhältnis des Volumens der Fasern zum Gesamtvolumen eines faserverstärkten Materials
- Je höher der Faservolumenanteil, desto fester, aber auch starrer und spröder wird der Faserverbundwerkstoff.
- Bei thermoplastischen Verformungen kann ein zu hoher Faservolumenanteil problematisch werden und zur Delaminierung führen.
- Bei Schwingbelastung in faserparalleler Richtung können Berührungsstellen zwischen den Fasern Fehlstellen bilden, aus denen sich Risse entwickeln.
- Je nach Fertigungstechnik können folgende Faservolumenanteile als praktische Durchschnittswerte angenommen werden:
Handlaminat: ca. 35 %
Vakuum-Infusionsverfahren: ca. 50 %
Prepreg-Verfahren: ca. 55 %