Glasfaser

Textilfaser ist der Sammelbegriff für aus geschmolzenem Glas gesponnene feine Fasern mit annähernd rundem Querschnitt. Hergestellt wird das Textilglas aus hochwertigem E-Glas und für spezielle Anwendungen auch aus R-Glas und C-Glas. Die relativ hohen Festigkeiten und E-Modulwerte sind eine Folge der starken Bindungen zwischen Silizium und Sauerstoff in einem räumlichen Netzwerk. Aufgrund der amorphen Struktur sind Glasfasern im Gegensatz zu Kohlenstoff- oder Aramidfasern isotrop.

Nach der Herstellung wird auf die frisch geformte Glasfaser eine Schlichte aufgetragen. Diese verklebt die Filamente, schützt die Oberfläche und stellt eine Haftvermittlung für die Matrix dar.

Carbonfaser

Kohlenstoff- oder C-Fasern bestehen zu über 90% aus reinem Kohlenstoff und haben einen Durchmesser von 5-10 Micrometern.

Als Ausgangsstoff werden in der Regel PAN (Polyacrylnitrilfasern), Pech oder Cellulose verwendet.

Spezielle Eigenschaften:

  • hochfest bis ca. 2500 °C
  • stark anisotrop
  • negative Wärmeausdehnung in Faserrichtung
  • thermisch und elektrisch leitend
  • gute Körperverträglichkeit
  • knick- und druckempfindlich
  • sehr korrosionsbeständig
  • sehr teuer

Nach der Herstellung werden C-Fasern oberflächenbehandelt. Dabei wird die Oberfläche oxidiert, um eine möglichst große Anzahl von Oberflächenoxiden zu erzeugen, die mit dem Matrixsystem chemische Bindungen eingehen können. Die Oberfläche der Fasern wird sofort nach der Vorbehandlung mit dem Faserfinish versehen. Dies ist ein Stoff, der zunächst die Anlagerung von Wasser an der aktiven Oberfläche verhindern soll und die funktionellen Gruppen zur Bindung an das Matrixsystem enthält.

Aramidfasern

Aramidfasern (Kevlar) sind lineare, organische Polymere mit hoher Festigkeit und Steifigkeit. Wie die C-Faser weist die Aramidfaser aufgrund der hohen molekularen Orientierung einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf (Entropieeffekt).

 

Spezielle Eigenschaften

  • leichteste Verstärkungsfaser
  • sehr druckempfindlich
  • stark anisotrop
  • starke Feuchtigkeitsaufnahme
  • UV-Empfindlichkeit
  • schlechte Haftung an der Matrix
  • schlechte spanende Bearbeitung
  • sehr teuer

Die Oberfläche der Aramidfaser ist chemisch inert und sehr glatt. Somit scheidet eine chemische oder mechanische Haftung an der Matrix weitgehend aus. Die aufgebrachte Schlichte hat hier lediglich Schutzfunktion.

Andere Fasern:

Verstärkungsfasern haben in Formstoffen vor allem die Aufgabe Zug- und Biegefestigkeiten, Schlagzähigkeit und das Aufnahmevermögen für Arbeit der Matrixmaterialien zu erhöhen. Das erreichbare Niveau hängt stark von Faserart, -länge, -gehalt und -orientierung und der Grenzfläche zwischen Faser und Matrix ab.

Cellulose-Faser

Die Cellulosefaser gehört zur Gruppe der organischen Verstärkungsfasern. Sie besteht in der Regel aus Sulfitzellstoff vom Buchenholz oder aus reiner Baumwollcellulose.

In den Anfängen der Faserverbundtechnologie verwendete man diese Faser zur Verstärkung von Phenolharzen. Auch heute ist sie noch in Phenolhartpapierprodukten zu finden.

PAN-Faser

Die Polyacrylnitrilfaser gehört zur Gruppe der synthetisch organischen Verstärkungsfasern.

Die PAN-Faser ist eine hochfeste Faser mit nierenförmigem Querschnitt. Sie wird vor allem als Austauschmaterial bei Asbestzementprodukten und in Bremsbelägen verwendet.

Polyethylen-Faser

Die Polyethylen-Faser gehört zur Gruppe der synthetisch organischen Verstärkungsfasern.

Die PE-Faser besteht aus stark gestrecktem UHMW PE. Ihr Schmelzpunkt liegt bei ca. 150°C und neigt zum Kriechen. Sie hat allerdings ein hohes Aufnahmevermögen für Schlagenergie und wird vorzugsweise als Hybridwerkstoff (in Verbindung mit anderen Verstärkungsfasern) eingesetzt.

Keramik-Faser

Die Keramik-Faser gehört zur Gruppe der synthetisch anorganischen Verstärkungsfasern.

Die Keramik-Faser wird zur Verstärkung von metallischen Werkstoffen eingesetzt.

Holz-Faser

Die Holz-Faser gehört zur Gruppe der natürlich organischen Verstärkungsfasern.

Holzmehle, die für das Verstärken von Phenolformaldehyd und Melamin Formaldehyd Formmassen eingesetzt werden sind in der Regel feinzerkleinerte Holzfasern aus Fichten- oder Buchenholz.

Polyesterfasern (PET)

Polyesterfasern gehören der gruppe der organisch-synthetischen Verstärkungsfasern an.

Hauptsächlich werden diese für Textilen eingesetzt. Die Zugfestigkeit entspricht in etwa der der Polyamid Fasern übertrifft aber Schlagzähigkeit der meisten synthetischen Fasern. Wenn sie kombiniert mit Glasfasern verarbeitet werden, führt die in Composite Materialien zu einer Verbesserung der Schlagzähigkeit.

Asbest-Faser

Die Asbest-Faser gehört zur Gruppe der anorganisch natürlichen Verstärkungsfasern.

Asbest ist der älteste anorganische Faserstoff und wurde aus natürlichen Mineralvorkommen gewonnen (hydratisierte Mg- und Na-Silikate). Sie werden heute aus bekannten Gründen nicht mehr eingesetzt und substituiert.

Metall-Faser

Die Metall-Fasern gehören zur Gruppe der synthetisch anorganischen Verstärkungsfasern.

Metall-Fasern können aus Stahl, Messing, Bronze, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold und Platin hergestellt werden.

Metall-Fasern werden zur Verstärkung von metallischen Werkstoffen eingesetzt.

Sisal-Faser

Die Sisal-Faser gehört zur Gruppe der natürlich organischen Verstärkungsfasern.

Trotz des niedrigen Preises im Gegensatz zur Glasfaser konnte sich die Sisalfaser nicht durchsetzen.

Sie kam erst wieder ins Gespräch als Austauschmaterial für Asbest bei Bremsbelägen gesucht wurde.

Polyamid-Faser

Die Polyamid-Faser gehört zur Gruppe der synthetisch organischen Verstärkungsfasern.

Die technisch wichtigsten Polyamid-Fasern basieren auf PA 66 und PA 6. Sie verbessern im Verbund vor allem die Elastizität und die Kriechstromfestigkeit.

Bor-Faser

Die Bor-Faser gehört zur Gruppe der synthetisch anorganischen Verstärkungsfasern.

Die Bor-Faser wird nach dem Aufwachsverfahren hergestellt. Als Substrat dient Wolfram. Ein dünner Wolframdraht wird elektrisch aufgeheizt und aus der Gasphase scheidet sich das Bor ab.

Bor-Fasern werden zur Verstärkung von metallischen Werkstoffen eingesetzt.

Whisker

Whisker gehört zur Gruppe der synthetisch anorganischen Verstärkungsstoffe.

Whisker sind synthetisch hergestellte einkristalline anorganische Fasern. Wenn es gelingt diese Faser mit einer Schmelze zu orientieren erhält man einen Verbundwerkstoff mit enormen Festigkeiten.