Ein Faserverbundwerkstoff (engl.:
composite) ist eine gezielte Kombination aus zwei oder mehreren Materialien,
die die Eigenschaften der einzelnen Komponenten verbessert. Die Natur
selbst hat das Prinzip, Kräfte durch hochfeste Fasern aufzunehmen,
als bestgeeigneten Leichtbauwerkstoff herausgebildet. Holz, Pflanzenblätter,
Muskeln und Knochen sind nur einige Bespiele für natürliche
Faserverbundstrukturen. Heute versteht man unter Faserverbundwerkstoffen
in der Regel einen Verbund aus hochfesten Fasern und einem Kunststoff.
Die Fasern bestimmen maßgeblich die mechanischen
Eigenschaften des Verbundes wie Festig- und Steifigkeit. Im Allgemeinen
wird Glas, Carbon und Aramid eingesetzt. Für Hochleistungsfaserverbunde
kommen ausschließlich Endlosfasern (Faserlänge entspricht
Bauteilgröße) in Form von Geweben oder Gelegen zum Einsatz.
Aber auch dem Matrixwerkstoff fallen entscheidende Aufgaben zu. Er
überträgt die Kräfte zwischen den Fasern, stützt
diese gegen Ausknicken und schützt sie vor äußeren
Angriffen. Man unterscheidet dabei zwischen den duroplastischen und
thermoplastischen Kunststoffen. Thermoplastische Kunststoffe wie zum
Beispiel PP, TPU, PA und PPS bieten im Hinblick auf Umformbarkeit,
Gestaltungsfreiheit (Schweißbarkeit, Umspritzbarkeit mit anderen
Thermoplasten) Lagerfähigkeit, und Recyclingfähigkeit deutliche
Vorteile. Gründe genug für uns, nur diese Polymergruppen
einzusetzen. Für detailliertere Informationen klicken Sie auf
TEPEX® Vorteile.
Fasertyp Glas
· hohe Zug- und Druckfestigkeit
· hohe Zug- und Druckmodule
· niedrige Dichte (2,6 kg/dm³)
· niedrige thermische Ausdehnung
· hohe thermische Beständigkeit
· hohe chemische Resistenz
· niedrige elektrische Leitfähigkeit
Carbon
Carbonfasern sind teurer als Glasfasern, aber haben einige Vorteile:
· hohe Zug- und Druckfestigkeit
· sehr hohe Zug- und Druckmodule
· niedrige Dichte (1,8 kg/dm³)
· niedrige thermische Ausdehnung
· hohe thermische Beständigkeit
· hohe chemische Resistenz
· gute elektrische Leitfähigkeit
Aramid
Aramidfasern werden hauptsächlich bei kugel- und schlagsicheren
Schutzmaterialien eingesetzt. Vorteile sind:
· hohe Zugfestigkeit und Zugsteifigkeit
· gute Impacteigeneigenschaften
· niedrige Dichte (1,6 kg/dm³)
· hohe chemische Resistenz
Polymertyp Kunststoffe
Im Folgenden werden kurz die Matrixwerkstoffe aufgelistet, welche
standardmäßig für TEPEX® eingesetzt werden. Die
Liste lässt sich prinzipiell mit allen Thermoplasten erweitern.
PP
Polypropylen ist eines der meist verwendeten Thermoplaste. Die Schmelztemperatur
von PP liegt bei 165°C. Es wird bei ca. 185°-205° C umgeformt,
die Dauereinsatztemperatur liegt bei 90° C. Es hat eine hohe chemische
Resistenz. Eingesetzt werden die auf PP basierenden TEPEX® Materialien
vor allem in der Automobilindustrie.
PA
Polyamid oder Nylon sind bekannte technische Thermoplaste. In den
verschiedenen TEPEX® Materialien werden die folgenden PA Arten
verwendet:
PA 66: TEPEX® x01, gutes Preis/Leistungsverhältnis
und daher oft eingesetzt. Die Schmelztemperatur von PA66 liegt bei
260°C. Es wird bei ca. 280°-300° C umgeformt, die Dauereinsatztemperatur
liegt bei 130° C. Anwendungsgebiete hauptsächlich in Industrie
und Automobilindustrie.
PA6: TEPEX® x02, ebenfalls gutes Preis/Leistungsverhältnis.
Einfacher zu formen und bessere Oberflächenqualität als
PA6.6. Die Schmelztemperatur von PA6 liegt bei 220°C. Es wird
bei ca. 240°-260° C umgeformt, die Dauereinsatztemperatur
liegt bei 120° C . Anwendungsgebiete: Sportartikel und Automobilindustrie.
PA12: TEPEX® x06, sehr gute Oberflächenqualität und
UV Beständigkeit. Die Schmelztemperatur von PA12 liegt bei 180°C.
Es wird bei ca. 200°-240° C umgeformt, die Dauereinsatztemperatur
liegt bei 90° C Leicht formbar bei ca. 210° C. Nicht ganz
so gute mechanische Eigenschaften, wie PA6.6. Anwendungsgebiete: Elektronik,
Automobilindustrie (Interioranwendungen).
TPU
TEPEX® x08, mit TPU als Matrixmaterial, ist besonders für
die Schuhindustrie interessant. Die Schmelztemperatur von TPU liegt
bei 180°C. Es wird bei ca. 220°-240° C umgeformt, die
Dauereinsatztemperatur liegt bei 90° C.Das Material ist auch bei
niedrigen Temperaturen sehr schlagfest und leicht zu kleben, zu lackieren
und zu umspritzen. Anwendungsgebiete sind Sportartikel und Industrieprodukte.
PPS
TEPEX® x07, hat eine außerordentliche chemische Beständigkeit,
eine sehr gute Temperaturbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften.
Die Schmelztemperatur von PPS liegt bei 280°C. Es wird bei ca.
300°-320° C umgeformt, die Dauereinsatztemperatur liegt bei
220° C. PPS erfüllt auch die Anforderungen für Fire,
Smoke und Toxicity und darf in Flugzeuginnenräumen eingesetzt
werden. Anwendung: hauptsächlich in der Luftfahrt und bei Industrieprodukten.
Gewebetyp Gewebe
In Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen werden zur Verstärkung
im allgemeinen Gewebe eingesetzt. Eine Vielzahl verschiedener Gewebesorten
kommt zum Einsatz, wobei die Leinwandbindung, die Köperbindung
und die Atlasbindung die bekanntesten sind. Die Fadendichte und die
Gewebebindung beeinflussen maßgeblich die Formbarkeit und die
Eigenschaften des Endprodukts.
