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Die physikalischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen werden von den bei ihrer Herstellung verwendeten Fasern dominiert. Wenn Harze und Fasern kombiniert werden, spiegeln die resultierenden Materialeigenschaften weitgehend die der einzelnen Fasern wider. Testdaten zeigen, dass faserverstärkte Materialien den Großteil der Last in Verbundstrukturen tragen, weshalb die Auswahl des geeigneten Gewebes bei der Verbundwerkstoffkonstruktion von entscheidender Bedeutung ist.
Bestimmen Sie zunächst die Art der Verstärkung, die Sie für Ihr Projekt benötigen. Normalerweise wählen Hersteller aus drei gängigen Verstärkungsarten: Glasfaser, Kohlefaser und Kevlar® (Aramidfaser). Glasfaser ist oft die universelle Wahl, Kohlefaser bietet hohe Steifigkeit und Kevlar® bietet hohe Abriebfestigkeit. Darüber hinaus können Gewebearten in Laminaten kombiniert werden, um Hybridstapel zu bilden und so die Vorteile mehrerer Materialien zu nutzen.
Fiberglas ist ein grundlegendes Material der Verbundwerkstoffindustrie und wird seit den 1950er Jahren in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Seine Eigenschaften sind gut bekannt, es ist leicht und weist eine mäßige Zug- und Druckfestigkeit auf. Fiberglas hält Beschädigungen und zyklischer Belastung stand und ist leicht zu handhaben. Produkte aus Fiberglas werden als glasfaserverstärkte Kunststoffprodukte (GFK) bezeichnet und sind in vielen Lebensbereichen weit verbreitet.
Glasfaserfilamente werden hergestellt, indem Quarz und andere Erzmaterialien bei hohen Temperaturen zu einem Glasbrei geschmolzen werden, der dann zu Hochgeschwindigkeitsfilamenten gezogen wird. Glasfaser hat Vorteile wie Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und gute Isolierung, hat aber mit Kohlefaser die Nachteile der Sprödigkeit und schlechten Duktilität gemeinsam und ist nicht verschleißfest. Es wird häufig in Bereichen eingesetzt, in denen Isolierung, Wärmeschutz und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind.
Fiberglas ist aufgrund seiner relativ geringen Kosten und moderaten physikalischen Eigenschaften der am häufigsten verwendete Verbundwerkstoff. Es eignet sich für alltägliche Projekte und Teile, die nicht die höchste Festigkeit und Haltbarkeit erfordern. Um seine Festigkeitseigenschaften zu maximieren, sollte Fiberglas mit Epoxidharzen verwendet und mit Standard-Laminierungstechniken ausgehärtet werden. Es wird häufig in der Automobil-, Schifffahrts-, Bau-, Chemie- und Luftfahrtindustrie sowie in der Sportartikelindustrie verwendet.
Aramidfasergewebe, oft auch als Kevlargewebe bezeichnet, sind Gewebe aus Aramidfasern. Aramidfasern sind eine hochtechnologische chemische Verbindung, die für ihre hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und ihr geringes Gewicht bekannt ist. Sie sind ein Schlüsselmaterial in der Rüstungsindustrie und werden häufig für kugelsichere Ausrüstung und Flugausrüstung verwendet.
Aramidfasern gehörten zu den ersten hochfesten synthetischen Fasern, die in der faserverstärkten Kunststoffindustrie (FRP) Akzeptanz fanden. Verbund-Para-Aramidfasern sind leicht, haben eine ausgezeichnete spezifische Zugfestigkeit und sind äußerst schlag- und abriebfest. Zu den üblichen Anwendungen zählen leichte Rümpfe für Kajaks und Kanus, Flugzeugrumpfplatten, Druckbehälter, schnittfeste Handschuhe und kugelsichere Westen. Aramidfasern werden typischerweise mit Epoxid- oder Vinylesterharzen verwendet.
Mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90 % weist Kohlefaser die höchste Zugfestigkeit in der FRP-Industrie auf. Sie weist außerdem die höchste Druck- und Biegefestigkeit auf. Diese Fasern werden verarbeitet und kombiniert, um Kohlefaserverstärkungen wie Gewebe und Kabel zu bilden.
Kohlefaserverstärkungen bieten eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit und sind in der Regel teurer als andere Faserverstärkungen. Um ihre Festigkeitseigenschaften zu maximieren, sollten Kohlefasern mit Epoxidharzen verwendet und mit Standard-Laminierungstechniken ausgehärtet werden. Sie eignen sich ideal für Anwendungen in der Automobil-, Schifffahrts- und Luftfahrtindustrie und werden auch häufig in Sportartikeln verwendet.
Durch die sorgfältige Auswahl der richtigen Verstärkungsart für Ihr Projekt können Sie sicherstellen, dass Ihre Verbundstruktur das gewünschte Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Haltbarkeit und Kosteneffizienz erreicht.
