Faserverbundwerkstoffe

Faserverbundwerkstoffe für hochfeste Komponenten. Für die Auswahl der Fasern sind neben der Zugfestigkeit auch andere Eigenschaften wie Dichte, Temperaturbeständigkeit und letztlich auch der Preis entscheidend. Die Fasern werden häufig selbst einer Oberflächenbehandlung unterzogen, um die Benetzung durch den Matrixwerkstoff zu sichern, Reaktionen zwischen Faser und Matrix (z.B. flüssiges Metall) zu verhindern oder die Fasern während der Weiterverarbeitung zu schützen. Nach der Lage der Fasern unterscheidet man Unidirektional (UD), d.h. die Fasern liegen parallel zueinander (z.B. Rovings (Stränge), Bänder, Bidirektional (BD), d.h. die Fasern liegen im rechten Winkel zueinander (z.B. Gewebe), Multidirektional (MD), d.h. die Fasern besitzen keine Vorzugsrichtung (Fasermatten aus Schnittfasern). UD-verstärkte Werkstoffe besitzen nur in Faserrichtung hohe Zugfestigkeiten. In Querrichtung ist die Festigkeit hingegen deutlich geringer, d.h. die Werkstoffeigenschaften sind stark anisotrop (richtungsabhängig).
Die bedeutendste Gruppe der Faserverbundwerkstoffe sind die faserverstärkten Kunststoffe, die eine geringe Dichte mit einer hohen, den unlegierten Stählen vergleichbaren, Festigkeit und einem hohem Elastizitätsmodul (hohe Steifigkeit bei geeigneter Konstruktion) kombinieren. Die einzelne Glasfaser ist 10 μm bis 100 μm dick und zur besseren Handhabung in Strängen mit mehreren tausend Einzelfasern zusammengefasst oder zu Matten, Gewebe und Vliesen verarbeitet. Für besondere Anforderungen, z.B. im Flugzeugbau und der Raumfahrt, werden auch Fasern aus Kohlenstoff, hochfesten und leichten Metallen oder Keramik eingesetzt. Als Bindung dient meistens duroplastischer Kunststoff sowie in geringem Umfang Leichtmetalle.

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