Verstärkungsfasern

  • Die folgenden Ausführungen sollen einen groben Überblick über die Eigenschaften der verschiedenen Fasermaterialien geben. 
    Im Vergleich sind die Unterschiede besonders deutlich erkennbar. Daraus ergeben sich die bevorzugten Einsatzbereiche.
  • Auf Details wurde zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet. Daher erheben diese Ausführungen nicht den Anspruch auf Vollständigkeit.
    Angegebene Messwerte sind von vielen weiteren Faktoren abhängig und daher eher als Richtwerte zu verstehen.

E-Glas

  • Herstellung:
    Durch die Vermischung von Steinprodukten (Sand, Kaolin, Kalkstein, Kolmanit) bei 1600°C wird flüssiges Glas hergestellt. Diese Flüssigkeit wird durch mikrofeine Düsen gepumpt und gleichzeitig abgekühlt, um Glasfaserfilamente zu erhalten. E-Glas ist die Standardverstärkungsfaser zur Herstellung von Faserverbundbauteilen.
  • Vorteile:
    Hohe Zugfestigkeit bei relativ geringer Dehnung
    Exzellente Biege- und Scherfestigkeit
    Niedriges spezifisches Gewicht
    Gute mechanische, thermische, dielektrische und chemische Eigenschaften

Carbon

  • Herstellung:
    durch eine kontrollierte Oxidation, Carbonisation und Graphitisation von kohlenstoffreichen Stoffen, die sich schon in Faserform befinden
    Der am häufigsten verwendete Ausgangsstoff ist Polyacrylonitril (PAN).
  • Vorteile:
    Hohe Zug-, Druck- und Biegefestigkeit
    Hoher E-Modul
    Armierung für hochbelastbare steife Bauteile
    Negativer Ausdehnungskoeffizient, Einsatz in einem breiten Temperaturbereich

Aramid

  • Herstellung:
    organisches Polymer (Aromatisiertes Polyamid), das aus einer flüssigen, chemischen Mischung gewonnen wird. Die hellgelben Filamente können unterschiedliche Eigenschaften haben, sind hochfest und haben eine sehr hohe spezifische Stärke.
  • Vorteile:
    Hohe Energieabsorption
    Hohe Schlagbeanspruchung
    Hohe Bruchdehnung

 Vergleich der wichtigsten Eigenschaften:

Eigenschaft

Einheit

 

Fasermaterial

 

Glas

Carbon

Aramid

Dichte

g/cm³

2,7

1,7-1,9

1,4-1,5

Zugfestigkeit

GPa

1,8-3

2,4-7

2,5-3,5

Elastizitätsmodul

GPa

72-83

230-700

60-130

Bruchdehnung

%

3,5

1,4

2,8

Reißlänge

km

70-120

150-380

180-240

Wärmeausdehnungskoeffizient

K-1

5*10-6

-0.1*10-6

-3,5*10-6

Wärmeleitfähigkeit

W/mK

1

17

0,04

Farbe

 

weiß

schwarz

goldgelb

Erklärungen:

  • Dichte: Masse pro Volumen
  • Zugfestigkeit: Zugkraft, bei der eine Werkstoffprobe zerreißt. Die Einheit ist Zugkraft pro Querschnittsfläche und lässt sich deshalb auch als Druck angeben: 1MPa (Megapascal) = 1Newton pro Quadratmillimeter
  • Elastizitätsmodul: Widerstand eines Werkstoffs gegen eine elastische Verformung
  • Bruchdehnung: Längenausdehnung, bei der das Material reißt
  • Reißlänge: Länge, bei der ein Faden durch sein Eigengewicht reißt
  • Wärmeausdehnungskoeffizient: Längenausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur
  • Wärmeleitfähigkeit: Fähigkeit eines Materials, thermische Energie mittels Wärmeleitung in Form von Wärme zu transportieren