Warum Sie auf Faserverbundwerkstoffe setzen sollten

Faserverbundwerkstoffe sind Materialien, die aus der Kombination verschiedener Komponenten bestehen, um optimale mechanische Eigenschaften zu erreichen. Typischerweise bestehen diese aus zwei Hauptkomponenten: Fasern und einer Matrix.

• Fasern: Die Fasern in Faserverbundwerkstoffen sind in der Regel hochfeste Materialien wie Glasfasern, Kohlefasern oder Aramidfasern und dienen zur Aufnahme der anliegenden mechanischen Lasten.

• Matrix: Die Hauptaufgabe der Matrix ist die Fixierung und Stützung der Fasern. Zusätzlich werden die Fasern vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit, Chemikalien oder mechanischem Verschleiß geschützt. Sie kann aus verschiedenen Kunststoffen, Metallen oder Keramiken bestehen.

Der entscheidende Vorteil von Faserverbundwerkstoffen liegt in der synergetischen Kombination der Eigenschaften der Fasern und der Matrix. Diese Materialien sind bekannt für ihre hohe dichtebezogene Festigkeit und Steifigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften finden Faserverbundwerkstoffe breite Anwendung in verschiedenen Branchen, einschließlich Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Bauwesen und Sportartikelherstellung.

Es gibt verschiedene Arten von Faserverbundwerkstoffen, die sich in der Kombination aus Faser und Matrix unterscheiden. Jeder dieser Werkstoffe enthält eine Matrix, die aus Polymeren wie Epoxidharz, Polyester-Harz und Phenol-Formaldehyd-Harz besteht, und verstärkenden Fasern, wie Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern und Basaltfasern. Faserverbundwerkstoffe werden auf Grund ihrer hohen dichtebezogenen Festigkeit und Steifigkeit, ihrem Korrosionsverhalten bzw. dem Risswachstumsverhalten in verschiedenen Branchen verwendet, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, bei Sportartikeln und im Bauwesen.

CFK steht für "carbonfaserverstärkter Kunststoff" (auch als kohlefaser-verstärkter, genauer kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff bezeichnet). Es handelt sich um einen Verbundwerkstoff, bei dem Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterial in einer Kunststoffmatrix verwendet werden. Diese Kombination verleiht dem Material eine hohe Festigkeit u. o. Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) zeichnet sich durch besondere Eigenschaften aus, auf die bei der Entwicklung zurückgegriffen wird.

Vergleich von Kohlenstofffaser zu Stahl:

• Im Vergleich zu Stahl beträgt das Gewicht eines CFK-Bauteils nur 1/5tel bei gleichwertigen Eigenschaften
• CFK hat bessere Dämpfungseigenschaften
• Das Korrosionsverhalten ist deutlich verbessert
• Lastpfadgerechte Konstruktion durch anisotrope (richtungsabhängige) Eigenschaften möglich

Vergleich Kohlenstofffaser mit anderen Verbundwerkstoffen:

• Die Festigkeit und Steifigkeit von Kohlenstofffasern sind sehr hoch und gleichzeitig über das jeweilige Herstellungsverfahren und die textile Konstruktion einstellbar. Dadurch können die C-Faser-Komposite anwendungsorientiert hergestellt werden
• Kohlenstofffasern sind gegen die meisten Säuren und Laugen beständig
• Die Dichte von Kohlenstofffasern ist sehr gering, die Dichtevarianz ist insgesamt gering, wobei es zwischen Hochfesten- und Hochmodulfasern große Steifigkeitsunterschiede gibt
• Kohlefasern haben hervorragende Eigenschaften hinsichtlich der statischen Festigkeit und dynamischen Ermüdungsfestigkeit
• Zunächst linearer Verlauf im Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Im Bereich der Bruchspannung nimmt die Steifigkeit zu (ca. 10 %).
• Das Rissverhalten ist deutlich verbessert verglichen mit Glasfaserverbunden, da auf Grund der höheren Steifigkeit der Kohlenstofffasern die Matrix entlastet wird
• Der Ausdehnungskoeffizient ist richtungsabhängig, dadurch kann bei hohen Toleranzanforderungen der Ausdehnungskoeffizient anwendungsorientiert abgepasst werden
• CFK ist röntgentransparent und amagnetisch
• CFK hat eine sehr hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit in Faserrichtung