Verstärkungsmaterialien für
Verbundwerkstoffe
Reinforcements for Composites

Glas

Aufgrund des hervorragenden Preis/Leistungsverhältnisses ist die E-Glasfaser das gebräuchlichste Verstärkungsmaterial für Faserverbundwerkstoffe. Glasfasern werden nach ihrer tex-Zahl (g/1000m) klassifiziert. Verbundwerkstoffe aus Glasfasern werden als GFK bezeichnet. 

• Hohe Zug- und Druckfestigkeit 
• Gute Steifigkeit
• Gute Schlagzähigkeit 
• Gute Temperaturbeständigkeit
• Günstiger Preis

Kohlenstoff (Carbon)

High-Tech-Faser mit herausragendem Eigenschaftsprofil. Carbonfasern unterscheidet man nach der Anzahl der in einem Roving zusammengefassten Filamente (1K = 1000 Filamente pro Roving). Kohelfaserverbundwerkstoffe werden als CFK (Carbon-Faser-Kunststoff) bezeichnet. 

• Extrem hohe Zug- und Druckfestigkeit
• Extrem hohe Steifigkeit
• Sehr geringe Dichte
• Geringer Wärmeausdehnungskoeffizient
• Hohe chemische Beständigkeit
• Gute Temperaturbeständigkeit
• Gute elektrische Leitfähigkeit

Aramid

Dieser Fasertyp kommt aufgrund folgender Vorteile hauptsächlich für ballistischen Schutz zum Einsatz. Aramidfaserverbundwerkstoffe werden als AFK bezeichnet.

• Extrem hohe Festigkeit
• Extrem hohe Schlagzähigkeit
• Sehr geringe Dichte
• Gute chemische Beständigkeit

In Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen werden zur Verstärkung im allgemeinen Gewebe eingesetzt. Eine Vielzahl verschiedener Gewebesorten kommen zum Einsatz, wobei die Leinwandbindung, die Köperbindung und die Atlasbindung am bekanntesten sind. Die Fadendichte und die Gewebebindung beeinflussen massgeblich die Umformbarkeit und die Eigenschaften des Endprodukts.

 Leinwand - Bindung

einfache Webart, bei der der Schussfaden jeweils einen Kettenfaden überkreuzt. Sie gewährleistet eine gute Dimensionsstabilität und ein geringes Ausfransen beim Zuschneiden.

Köper -Bindung

mehrere Kettfäden werden übersprungen (2-3). Sehr schmiegsam und drapierbar. Sie lassen sich weniger gut zuschneiden.

 Atlas - Bindung

mehrere Kettfäden werden übersprungen (bis zu 7). Sehr schmiegsam und gut drapierbar. Sie lassen sich weniger gut zuschneiden. Ergeben eine besonders glatte Oberfläche.

Gelege sind nichtgewobene textile Flächengebilde, deren Fasern endlos und parallel nebeneinander abgelegt sind, und die durch einen Nähfaden in ihrer Lage festgehalten werden. 

Durch Übereinanderlegen von Faserlagen in verschiedenen Winkeln können Verstärkungsmaterialien mit belastungsgerechter Faserorientierung hergestellt werden. Durch die gestreckte Lage der Fasern werden mit Gelegen, bei gleicher Wandstärke des Laminates, höhere mechanische Festigkeiten erzielt, als mit Geweben.

Multiaxiale Gelege können ganz oder speziell auf die Anforderungen des Anwenders zugeschnitten werden. Dabei sind folgende Parameter veränderbar:

• Anzahl der Einzellagen
• Orientierung der Einzellagen
• Gewicht der Einzellagen
• Art der Fasern
• Gelegbreite

Abreissgewebe aus Polyamidfasern

Abreissgewebe werden als letzte Schicht auf das Laminat eingebracht und nach dem Aushärten kurz vor der Weiterverarbeitung wieder abgeschält. Man erhält dadurch eine rauhe, saubere Oberflächenstruktur, die ein Anschleifen und Reinigen vor dem Kleben oder Lackieren erspart.

Dank der Vielzahl der Einsatzmöglichkeiten hat die Glasfaser die grösste Bedeutung. Glasfasern in Gewebeform bieten eine excellente Kombination von hoher Festigkeit bis hin zu guter Feuerbeständigkeit. Ein breites Angebot von Garnstärken und Webarten bietet ein grosses Potential für den Verbraucher, die beste Kombination von Materialeigenschaften, Wirtschaftlichkeit und Produkteflexibiltät auszuwählen.

Dimensionsstabilität

Die Glasfaser ist ein dimensionsstabiler Konstruktionswerkstoff. Glasfasern dehnen oder schrumpfen nicht nach dem Einsatz bei hohen oder tiefen Temperaturen. Die maximale Bruchdehnung von E-Glas ist 4.8% mit 100% elastischer Rückstellung bei Belastungen bis nahe zum Bruch. 

Feuchtigkeitsbeständig

Glasfasern nehmen keine Feuchtigkeit auf. Sie ändern die physikalischen oder chemischen Eigenschaften bei Kontakt mit Wasser nicht. 

Hohe Festigkeit

Das hohe Festigkeit / Gewichtverhältnis der Glasfaser macht sie zu einem ausgezeichneten Material, wo hohe Festigkeit mit minimalem Gewicht gefordert wird. Verschiedene Gewebe, wie Unidirektional- oder Biaxialgewebe erlauben hohe Flexibiltät in Design und Preis.

Feuerbeständigkeit

Glasfasern sind unbrennbar. Sie bewahren ca. 25% der ursprünglichen Festigkeit bei ca. 530°C. 

Chemische Beständigkeit 

Glasfasern sind beständig gegen die meisten Chemikalien. Die anorganischen Glasfasern schimmeln oder faulen nicht. Glasfasern werden angegriffen von Fluorwasserstoff, heisser Phosphorsäure und starken alkalischen Substanzen. 

Elektrische Eigenschaften

Glasfasern haben exzellente elektrische Isoliereigenschaften. Die Kombination der Eigenschaften wie geringe Feuchtigkeitsaufnahme, hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und tiefe dielektrische Konstanten machen die Glasfasern zu einem idealen Verstärkungswerkstoff für gedruckte Schaltungen und Isolierlacke.

Wärmeleitfähigkeit

ein tiefer Wärmeausdehnungskoeffizient, kombiniert mit hoher Wärmeleitfähigkeit machen Glasfaser zu einem dimensionsstabilen Werkstoff, der die Wärme rascher ableitet als organische Fasern. Hohe Festigkeit, Dimensionsstabilität, Feuerbeständigkeit und günstiger Preis sind einige der Vorteile der Glasfaser als Verstärkungsmaterial. Schutzdeckel, Dampfsperren, Abschirmungen, Dichtungen, Wandschoner, Förderbänder sind nur einige der Produkte, welche durch den Einsatz von Glasfasern verbessert werden.

HEXCEL produziert eine komplette Linie von HexForceTM gewobenen und unidirektionalen Geweben aus Kohlefasern (Carbon). Die Palette beinhaltet traditionelle Gewebe bis hin zu multiaxialen Gelegen mit gestreckter Fadenlage.

12K Gewebe wurden entwickelt um die Flexibilität mit leichten Materialien zu bewahren und den Vorteil der günstigeren 12K Kohlestofffasern zu profitieren. Das hetaset-unit Gewebe ist ein weiterentwickeltes unidirektionales Produkt welches einen speziellen Faden verwendet um den Kettenzug zu stabilisieren. Diese Gewebe bewahren die Eigenschaften von bandartigen Produkten im Nassharzverfahren.

HEXCEL's Kohlenstoff nichtgewobene multiaxiale Gelege bewahren die Flexibilität der Faserorientierung und die Leistung von dünnen Lagen zusammengeführt zu einem dicken Verbund. Das resultiert in Zeitersparnis bei der Produktion und macht eine kostspielige Technologie unnötig.

HEXCEL's neue NC2 Technologie für biaxiale, triaxiale und mehraxiale Gelege haben zusätzliche Vorteile. Die Gelege sind in Lagen mit Gewichten bis hinunter zu 100 g/m2 möglich und ermöglichen den Einsatz von starken und hochmoduligen Fasern. Die homogene Faserverteilung in der Matrix ermöglicht erhöhte mechanische Eigenschaften und einen erweiterten Harzfluss.

HEXCEL' Kohlenstoff-Materialien erfüllen die erforderlichen Spezifikationen für BMS 9-8 als auch andere wichtige Flugzeughersteller Spezifikationen. Diese Gewebe sind aus Fasern welche unter strikt kontrollierten Bedingungen hergestellt wurden, ausführlich getestet und dokumentiert.

Unsere kommerziellen Kohlestoffgewebe sind zum Teil aus den selben Kohlestofffasern produziert, mit weniger ausführlichen Tests und Dokumentation. Standard Modul Kohlestofffasern für den kommerziellen Markt erreichen die typischen Werte von 530KSI (3650 MPa) für die Zugfestigkeit und 34 MSI (234 GPa) für den Zugmodul. Hochleistungs Kohlefasern mit erhöhten mechanischen Eigenschaften sind für spezielle Anwendungen verfügbar. Standardbreite für Kohlefasergewebe sind 106 cm und 127 cm.

Die von HEXCEL verwendeten Kohlefasern enthalten hohe Festigkeit/Gewicht und Steifheit/Gewicht Verhältnisse, Kohlefasern sind wärme- und elektrisch leitend und weisen excellente Müdigkeitsbeständigkeit auf. Richtig eingesetzt können Kohlefaserverbundwerkstoffe die Festigkeit und Steifheit von Metallen erreichen bei bedeutender Gewichtseinsparung. HEXCEL's Gewebe aus Kohelfasern sind kompatibel mit verschiedenen Harzsystemen wie Epoxid, Polyester and Vinylester.

HEXCEL's Aramid- und Hochleistungsgewebe werden für ballistische Anwendungen verwendet und dort wo hohe Zähigkeit der Fasern verlangt wird. Die Gewebe sind aus folgenden Fasern hergestellt:

Kevlar® 

Kevlar® ist eine organische Faser von DuPont Corporation. Kevlar® ist fünfmal stärker als Stahl (Gewicht/Gewicht). Kevlar® hat ausgezeichnete Schlagzähigkeit und ist eines der leichtesten Strukturfasern auf dem heutigen Markt. Kevlar® ist generall gelb und weich zum Anfassen. Kevlar® ist kommerziell in 2 Varianten erhältlich:

Kevlar® 49 wird hauptsächlich im Bootsbau, für Sportgeräte und in der Flugzeugindustrie verwendet. Es gibt unzählige Anwendungen für diese Faser.

Kevlar® 29, ist ein stärkeres Garn. Es wird mehr für ballistischen Schutz verwendet, als weiche Anwendung für Schutzwesten und als harte Version für Schutzhelme, Splitterschutzpanelen und Gehäuse für elektronische Bauteile.

Twaron® ist eine leichte, zugfeste Faser aus Aramid Polymer von Accordis Twaron® mit ähnlichen Eigenschaften wie Kevlar®. Dies macht es zu einem vielseitigen Material für Verstärkungen und anderen Anwendungen. Twaron® Eigenschaften sind gute Dimensionsstabilität, hohes Modul, keine Korrosion, keine Abnutzung.

Spectra® ist eine ultra leichte, hochfeste Polyethylenfaser, entwickelt von Honeywell International Corporation. Nichtleitend, flexibel, hohe Bruchenergie, geringe Feuchtigkeitsempfindlichkeit, gute UV-Beständigkeit machen diese Faser zu einer guten Alternative zu Aramidfasern. Diese Gewebe werden hauptsächlich für ballistische und hoch schlagfeste Composites verwendet.

Zylon® besteht aus einer festen Kette von Molekülen von Poly(P-Phenylene-2,6-Benzobisoxazole) (PBO). Diese neu Faser des japanischen Herstellers Toyobo hat eine hervorragende Zugfestigkeit. Gewebe aus Zylon® werden für ballistische und andere Composites eingesetzt.