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Faserverbundwerkstoff


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Ein Faserverbundwerkstoff besteht der aus einem Matrixwerkstoff (z.B. Kunststoff Epoxidharz) und den darin eingebetteten Fasern. die Stoffeigenschaften der Fasern nutzen zu können diese in die Matrix eingebettet werden.

Aufgaben des Matrixwerkstoffes ist dabei die und Verteilung der auftretenden Kräfte die Fixierung Fasern und deren Abschirmung gegen eventuell aggressive Es werden vor allem die Eigenschafter der in Längsrichtung genutzt. Moderne Industriefasern wie z.B. Kohlenstofffasern Glasfasern oder Aramidfasern besitzen sehr gute mechanische Eigenschaften (Festigkeit Es kommen jedoch je nach Anwendung auch zum Einatz.

Ist der Faserverbundwerkstoff schichtweise (z.B. aus Fasermatten übereinander) aufgebaut so wird der Verbund Laminat bezeichnet.

Vorteile dieser Art des Werkstoffs sind hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und die einfache Verarbeitung. Daher wird häufig im Leichtbau verwendet.

Die Fasern können je nach Belastung Bauteils ausgerichtet werden. Somit ist es möglich Werkstoff zu konstruieren der genau auf den ausgerichtet ist. Die Fasern sind dabei ähnlich bei Pflanzen angeordnet. An höherbelasteten Stellen werden Fasern genau in Kraftrichtung angeordnet.

Als Verarbeitungsform kann bei Kurzfasern beispielsweise Spritzguss als kostengünstiges Verfahren angewendet werden. Die Faserschnipsel werden dabei zusammen mit dem Matrixwerkstoff die Form gespritzt. Es ergibt sich eine isotrope Festigkeitssteigerung.

Längere Fasern werden z.B. gewickelt. Bei Verfahren werden Endlosfasern so genannte Rovings mit dem Matrixwerkstoff getränkt und dann eine Form gewickelt. So werden z.B. Silos Kunststoff hergestellt.

Neben einzelnen Fasern werden meistens Gewebe oder Gelege (Technik aus den Verstärkungsfasern So können bestimmte Richtungen des Werkstoffs besonders werden in dem die Anzahl und Ausrichtung Fasern in verschiedenen Gewebe/Gelegetypen variiiert wird.

Inhaltsverzeichnis

Herstellungsverfahren

Handauflegeverfahren (Laminieren)

Die Faserhalbzeuge (Gewebe/Gelege/Fasermatten) werden von Hand eine Form drapiert und mit Harz getränkt. Anschließend werden mit hilfe einer Rolle durch anpressen entlüftet. dem Einbringen aller Verstärkungs- und Sandwichmaterialen wird Form mit einer Trennfolie einem Absaugvlies und Vakuumfolie abgedeckt. Zwischen der Vakuumfolie und der wird eine Unterdruck erzeugt. Dieser bewirkt daß Verbund zusammengepresst wird. Eventuell noch enthaltene Luft abgesaugt. Überschüssiges Harz wird vom Absaugvlies aufgenommen. Verfahren stellt keine großen Ansprüche an die und ist auch für sehr große Bauteile

Vorteile sind geringer Werkzeug und Austattungsaufwand gegenüber stehen die geringere Bauteilqualität (geringerer Fasergehalt)und hohe manuelle Aufwand der geschulte Laminierer voraussetzt. offene Verarbeitung des Harzes stellt hohe Ansprüche den Arbeitsschutz.

Faserwickeln

Das Faserwickelverfahren ist eine Technik zum der Fasern auf der Form. Es wird einem Harztränkungsverfahren gekoppelt. Mit diesem Verfahren können Fasern sehr straff und eng aneinanderliegend mit hohen Maßgenauigkeit positioniert werden.

Zum Wickeln der Fasern ist ein notwendig der dem Bauteil seine spätere Gestalt Diesen Körper nennt man wie beim Urformen üblich Kern . Auch beim Faserwickeln unterscheidet man zwischen und wiederverwendbaren Kernen. Bei den verlorenen Kernen die Möglichkeit ihn z.B. aus Sandwichkernmaterial zu daß im Bauteil verbleibt (z.B. Fahrradrahmen) . ein Hohlkörper gefertigt werden so können Schaumstoffkerne chemisch aufgelöst werden. Wiederverwendbare Kerne sind meist Aluminium gefertigt. Die Entformbarkeit schrankt die Gestaltungsfreiheit Bauteile ein.

Als Tränkverfahren sind üblich:

  • Die Endlosfaser bzw der Strang wird zunächst ein Tränkbad geführt in dem sie mit Matrixwerkstoff benetzt wird und dann um eine gewickelt.
  • Es werden Prepreg-Faserbahnen aufgewickelt die anschließend entsprechend Preprepreg-Technologie (siehe unten) ausgehärtet werden.
  • Es werden ungetränkte Fasern gewickelt die danach einem Harzinjektionsverfahren (siehe unten) getränkt werden.

Prepreg-Technologie

Mit Matrixwerkstoff vorimprägnierte (also bereits getränkte) werden auf die Form aufgelegt. Das Harz dabei nicht mehr flüssig sondern hat eine klebrige feste Konsistenz. Der Verbund wird anschließen Vakuumsack entlüftet und häufig im Autoklav unter Druck und Hitze ausgehärtet.
Das Prepregverfahren ist aufgrund der notwendigen (Kühlanlagen Autoklav) eines der teuersten Herstellungsverfahren. Es neben em Faserwicken und den Injektionsverfahren jedoch höchsten Bauteilqualitäten.

Das Verfahren findet vor allem in Luft- und Raumfahrt sowie im Motorsport sowie Leistungssportgeräte Anwendung.

Harzinjektion

Auch RTM -Verfahren (für R esin T ransfer M oulding)
Die trockenen Fasern werden in eine Form eingelegt. Anschließend wird diese Form evakuiert das flüssige Harz mit Druck injiziert. Durch wird das Harz ausgehärtet.

Die Faserorientierung kann dabei durch Näh- Stickverfahren im Vorformling durch gezieltes Ablegen (engl.: den Lastfällen angepaßt werden

Vakuum-Injektion

Die Fasern werden auf glatten Oberflächen und mit einer Folie abgedeckt. Dann wird einem Vakuum der Matrixwerkstoff zwischen die Fasern

Faserspritzen

Die Fasern werden in kleinen Stücken dem Matrixwerkstoff in eine Form gespritzt.

siehe auch



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