Faserverbundwerkstoffe seit 1985

Technischer Hinweis | Faserverstaerkungsmaterialien

E‑Glas
E‑Glas ist die g ngig­ste Fas­er für tra­gende Lam­i­nat­bauteile. Dieses Mate­r­i­al bietet das aus­ge­wogen­ste Ver­hält­nis zwis­chen Stärke, Steifigkeit und Preis. Fasergelege wer­den sowohl aus Gar­nen (gezwirn­ten Fil­a­menten) als auch aus Rovin­gen (ungezwirn­ten Fil­a­menten) gefer­tigt. Die Dichte beträgt ~ 2,8g/cm3.

R- und S‑Glas
Diese Fasern ergeben auf­grund ihrer ver nderten chemis­chen Zusam­menset­zung fes­tere und steifere Gewebe. Durch die gerin­gere Fil­a­mentst rke
wer­den die inter­lam­inare Fes­tigkeit und die Durchtränkung­seigen­schaften verbessert. Dichte: ~ 2,6 g/cm3.

Aramid
Aramid ist der über­greifende Gat­tungsname für solche Fasern wie Kevlar und Twaron. Sie zeich­nen sich durch au eror­dentliche Zugfes­tigkeit bei guter
Steifigkeit und Sto fes­tigkeit aus, aber ihre Druck­fes­tigkeit erre­icht nur ähn­liche Werte, wie die von Glas­fasern. Dichte: ~ 1,45 g/cm3.

Car­bon
Die in vie­len ver­schiede­nen Sorten und Fil­a­ment­durchmessern liefer­baren Car­bon­fasern (oder Graphit­fasern) bieten sehr hohe Fes­tigkeits- und Steifigkeitswerte
sowohl unter Zug- als auch unter Druck­be­las­tung. Ihre Stoßfes­tigkeit kann dage­gen geringer sein, als die von Glas- oder Aramid­fasern. Dichte: ~ 1,75 g/cm3.

Gängige Arten des Gewebeaufbaus
CTM kann drei unter­schiedlich aufge­baute Ver­stärkungs­ma­te­ri­alien für Lam­i­nate liefern: gewebte, uni­di­rek­tionale und vernähte Gelege.

Gewebte Faserver­bund­ma­te­ri­alien
Klas­sis­che Gewebe wer­den durch die Ver­flech­tung von Kett- und Schuss­fä­den (im Winkel 0° zu 90°) hergestellt. Dabei sind zahlre­iche, ver­schiedene Web­muster möglich.

Struktur

 Lein­wand
Jed­er Ket­tfaden (0°) läuft streng abwech­sel­nd über und unter den Schußfä­den (90°) her. Das Muster ist sym­metrisch und ergibt den sta­bil­sten Gewebeaufbau.
Daher lässt sich Lein­wand manch­mal nur schw­er um gerun­dete oder kom­plizierte For­men drapieren. Dieses Web­muster wirft die Fasern stark auf, so dass Lein­wand schlechtere mech­a­nis­che Eigen­schaften aufweist, als anders aufge­baute Gewebe.

Köper — 2x2, 3x1, 4x4 etc.
Beim 2 x 2 K per wird jed­er Ket­tfaden abwech­sel­nd über und unter je zwei Schußfä­den herge­führt. Im Ver­gle­ich zur Lein­wand ergeben sich ein gün­stigeres Durchtränkungsver­hal­ten und bessere Drapier­barkeit, allerd­ings bei leicht gerin­ger­er Sta­bil­ität. Durch den ver­ringerten Faser­aufwurf („Crimp“) hat das Mate­r­i­al etwas bessere mech­a­nis­che Eigen­schaften und eine glat­tere Oberfläche.
Köpergewebe erken­nt man an den diag­o­nal ver­laufend­en „Rip­pen“, die den ver­set­zten Kreuzungspunk­ten von Kett- und Schußfä­den folgen.

2x2

Atlas — 4H, 5H, 8H
4H (H von „har­ness“, englisch für Webgeschirr) bedeutet, dass der Ket­tfaden abwech­sel­nd über je 3 und unter einem Schuß­faden herge­führt wird (5H: über je 4, unter einem; 8H: unter je 7, über einem). Atlas­gewebe sind im Grunde mod­i­fizierte Köper mit weniger Kreuzungspunk­ten von Kett- und Schußfä­den. Sie liegen sehr flach, lassen sich gut durchtränken und drapieren, und
der geringe Faser­aufwurf gewährleis­tet aus­geze­ich­nete mech­a­nis­che Eigen­schaften. Diesen ste­hen allerd­ings Sta­bil­ität­sein­bußen und Asym­me­trie des Musters gegenüber.

4h

Uni­di­rek­tionale Gelege (UDs)
Bei uni­di­rek­tionalen Gele­gen ver­läuft der über­wiegende Teil der Fasern par­al­lel, d.h. üblicher­weise in Ket­trich­tung. Sie sind ide­al für Bauteile, die große Las­ten aufnehmen müssen, sofern die Rich­tung des Las­tan­griffs bekan­nt ist. SP Sys­tems hat zwei uni­di­rek­tionale Gelege und ein uni­di­rek­tion­al verklebtes Pro­dukt im Lieferprogramm.

Fix­ierte Uni­di­rek­tion­al­gelege — Uni­tex (UT)
Die las­taufnehmenden Ket­tfä­den wer­den durch deut­lich feinere und leichtere Schußfä­den in ihrer Posi­tion gehal­ten. Bei kon­ven­tionell ver­webten UDs liegt das Ver­hält­nis von Kett- zu Schußfä­den zwis­chen 95:5 und 75:25. Bei Uni­di­rek­tion­al­gele­gen von SP Sys­tems ist dieser Wert grund­sät­zlich > 99:1. Die Stan­dard­dichte der Schußfä­den beträgt 1,5/cm, was einen Quer­faserge­halt von ~ 1,8 g/qm ergibt. Der Faser­aufwurf wird zwar nicht voll­ständig ver­mieden, fällt aber extrem ger­ing aus. Die Gelege sind in Bre­it­en von 100 bis 800 mm liefer­bar, Stan­dard­bre­ite ist 500 mm. Das Gelege ist „fix­iert“, so da es beim Schnei­den nicht aus­franst. Die Kan­ten sind nicht umsäumt und haben keine Sekundärklebefasern.

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Uni­di­rek­tion­al­gelege — SP Unix (U)
Im Unter­schied zum Uni­tex-Gelege wer­den neben den feinen Schußfä­den (90°) auch eben­so feine Sekundär­ket­tfä­den (0°) mit den Haup­tket­tfä­den ver­woben, sodass diese wie in einem „Git­ter“ fest­ge­hal­ten wer­den. Auf diese Weise wer­den nur die Sekundär-ket­tfä­den beim Web­vor­gang aufge­wor­fen, während die las­taufnehmenden Fasern vol­lkom­men flach liegen. Der Gewichtsanteil
des Sekundär­faserg­erüsts schwankt zwis­chen 5 und 15 g/qm. Die Stan­dard­dichte der Schußfä­den beträgt 3,8/cm, was einen Quer­faserge­halt von ~ 5 g/qm ergibt, und der Sekundär­ket­tfaserge­halt schwankt zwis­chen 5 und 10 g/qm. Die Gelege sind in Bre­it­en bis max­i­mal 350 mm liefer­bar. Unix-Gelege sind nicht „fix­iert“, um gute Drapier­barkeit sowie rasche Durchtränkung und Luftab­schei­dung zu gewährleis­ten. Dadurch franst das Mate­r­i­al allerd­ings beim Schnei­den aus. Die Kan­ten sind nicht umsäumt.

Verklebtes Uni­di­rek­tion­al­gelege SP-Unifibre(UF)
Die Ket­tfä­den wer­den durch aufgek­lebte Sekundärschuss­fä­den (sehr feines Fil­a­ment) par­al­lel gehal­ten. Diese haben am Gesamt­gewicht des Mate­ri­als einen Anteil von nur 4 bis 6 g/qm. Da die Schuss­fä­den lediglich aufgek­lebt sind, wer­den die las­taufnehmenden Ket­tfä­den in diesem Mate­r­i­al nicht aufge­wor­fen („Zero Crimp“). Die Stan­dard­dichte der Schu f den beträgt etwa 2/cm, was einen Gewicht­san­teil von 4 g/qm ergibt; dabei ent­fall­en rund 2/3 dieses Anteils auf den Epoxy­harzbinder. Die Gelege sind in Bre­it­en von 25 bis 1000 mm liefer­bar. Auf­grund der m glichen hohen Fer­ti­gungs­geschwindigkeit liegen die Kosten rel­a­tiv niedrig. Das Mate­r­i­al ist „fix­iert“, sodass Schnit­tkan­ten nicht aus­fransen. Da sich die aufgek­lebten Fäden leicht fal­ten lassen, kann man das Mate­r­i­al leicht über Schrä­gen anwen­den. Allerd­ings eignet es sich nicht für die Durchtränkung im Walzenauf­tragsver­fahren. Da sie nicht ver­woben wer­den, liegen die Ket­tfä­den vol­lkom­men glatt, aber die Kan­ten sind umsäumt.

Vernähte Gelege
Diese Gelege beste­hen aus ein­er oder mehreren Schicht­en langer Fasern, die durch sekundäres Vernähen lagen­sta­bil gehal­ten wer­den. Für die Fasern kom­men alle gängi­gen Mate­ri­alien in Frage, während für die Näh­bindung in der Regel Poly­ester­fä­den ver­wen­det wer­den. Die fol­gen­den Schaubilder zeigen die gängig­sten Schichtkombinationsmuster.

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Vernähte mul­ti­ax­i­ale Gelege bieten auf­grund der per se ger­adlin­i­gen Aus­rich­tung der las­taufnehmenden Fasern gegenüber gewebten Mate­ri­alien eine Rei­he von Vorteilen. Sie kön­nen außer­dem in deut­lich schw­er­eren Qual­itäten geliefert wer­den, um die rasche Her­stel­lung dick­er­er Lam­i­nate zu erle­ichtern. Fern­er hil­ft ihre aus­geze­ich­nete Sta­bil­ität beim Zuschnei­den, sowohl Zeit als auch Mate­r­i­al zu sparen (es muss keine bes­timmte Schnit­trich­tung beachtet wer­den). Die Fasern wer­den an kein­er Stelle aufge­wor­fen, und die mul­ti­ax­i­ale Mate­ri­al­struk­tur sowie das hohe mögliche Fas­er-/ Harzver­hält­nis gewährleis­ten her­vor­ra­gende Stoßfestigkeit.

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