Faserverstärkte Kunststoffe - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 10:42 Uhr

2026-01-08T10:42:32Z

← Nächstältere Version		Version vom 8. Januar 2026, 12:42 Uhr
Zeile 1:		Zeile 1:
			{{Language_sel\|LANG=eng\|ARTIKEL=Fibre-reinforced Plastics}}
	{{PSM_Infobox}}		{{PSM_Infobox}}
	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Faserverstärkte Kunststoffe</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Faserverstärkte Kunststoffe</span>
Zeile 118:		Zeile 119:
	*[[Schichtsilikatverstärkte Polymere]]		*[[Schichtsilikatverstärkte Polymere]]
	*[[Kunststoffe]]		*[[Kunststoffe]]
			*[[Thermoplaste]]
			*[[Duroplaste]]
			*[[Prüfung von Verbundwerkstoffen]]

Loeffler-Kamann am 21. Oktober 2024 um 10:36 Uhr

2024-10-21T10:36:50Z

← Nächstältere Version		Version vom 21. Oktober 2024, 12:36 Uhr
Zeile 112:		Zeile 112:
	* Polyurethan ([[Kurzzeichen]]: PUR)		* Polyurethan ([[Kurzzeichen]]: PUR)
	* Ungesättigtes Polyesterharz ([[Kurzzeichen]]: UP)		* Ungesättigtes Polyesterharz ([[Kurzzeichen]]: UP)

			==Siehe auch==
			*[[Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe]]
			*[[Teilchengefüllte Kunststoffe]]
			*[[Schichtsilikatverstärkte Polymere]]
			*[[Kunststoffe]]


Zeile 118:		Zeile 124:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[1]		\|[1]
	\|[[Altstädt,_Volker\|Altstädt, V.]]: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~547–600~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Altstädt,_Volker\|Altstädt, V.]]: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 527–579 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]

Loeffler-Kamann am 4. Juli 2024 um 12:01 Uhr

2024-07-04T12:01:19Z

← Nächstältere Version		Version vom 4. Juli 2024, 14:01 Uhr
Zeile 121:		Zeile 121:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]
	\|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landoldt Börnstein. Volume VIII/6A2, Springer Verlag, Berlin (2014) (ISBN 978-3-642-55166-6; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)		\|[https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landoldt Börnstein. Volume VIII/6A2, Springer Verlag, Berlin (2014) (ISBN 978-3-642-55166-6; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[3]		\|[3]
	\|Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, T. (Hrsg.): Domininghaus – Kunststoffe, Eigenschaften und Anwendungen. Springer Verlag, Berlin (2012) 8. Auflage, (ISBN 978-3-446-44350-1)		\|Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, T. (Hrsg.): Domininghaus – Kunststoffe, Eigenschaften und Anwendungen. Springer Verlag, Berlin (2012) 8. Auflage, (ISBN 978-3-446-44350-1)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[4]		\|[4]
Zeile 130:		Zeile 130:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[5]		\|[5]
	\|Neitzel, M., Mitschang, P., Breuer, U.: Handbuch Verbundwerkstoffe: Werkstoffe, Verarbeitung, Anwendung. Carl Hanser Verlag, München (2014), (ISBN 3-446-43696-1)		\|Neitzel, M., Mitschang, P., Breuer, U.: Handbuch Verbundwerkstoffe: Werkstoffe, Verarbeitung, Anwendung. Carl Hanser Verlag, München (2014), (ISBN 978-3-446-43696-1) ), (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter G 12)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[6]		\|[6]
	\|[[Ehrenstein,_Gottfried_W.\|Ehrenstein, G. W.]]: Faserverbund-Kunststoffe. Carl Hanser Verlag, München (2006), (ISBN ~~978-~~3-446-22716-4)		\|[[Ehrenstein,_Gottfried_W.\|Ehrenstein, G. W.]]: Faserverbund-Kunststoffe, 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2006), (ISBN 3-446-22716-4) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter G 6-2)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[7]		\|[7]
Zeile 139:		Zeile 139:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[8]		\|[8]
	\|Ehrenstein, G. W.: Mit Kunststoffen konstruieren. 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2007) 3. Auflage (ISBN 978-3-446-41322-7)		\|Ehrenstein, G. W.: Mit Kunststoffen konstruieren. 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2007) 3. Auflage (ISBN 978-3-446-41322-1) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter G 42)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[9]		\|[9]

Oluschinski am 28. November 2022 um 08:51 Uhr

2022-11-28T08:51:17Z

← Nächstältere Version		Version vom 28. November 2022, 10:51 Uhr
Zeile 118:		Zeile 118:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[1]		\|[1]
	\|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547–600 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Altstädt,_Volker\|Altstädt, V.]]: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547–600 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]

Oluschinski am 12. August 2019 um 09:32 Uhr

2019-08-12T09:32:58Z

← Nächstältere Version		Version vom 12. August 2019, 11:32 Uhr
Zeile 118:		Zeile 118:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[1]		\|[1]
	\|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547–600 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547–600 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]
Zeile 124:		Zeile 124:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[3]		\|[3]
	\|Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, T. (Hrsg.) Domininghaus – Kunststoffe, Eigenschaften und Anwendungen. Springer Verlag, Berlin (2012) 8. Auflage, (ISBN 978-3-446-44350-1)		\|Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, T. (Hrsg.): Domininghaus – Kunststoffe, Eigenschaften und Anwendungen. Springer Verlag, Berlin (2012) 8. Auflage, (ISBN 978-3-446-44350-1)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[4]		\|[4]
Zeile 133:		Zeile 133:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[6]		\|[6]
	\|Ehrenstein, G. W.: Faserverbund-Kunststoffe. Carl Hanser Verlag, München (2006), (ISBN 978-3-446-22716-4)		\|[[Ehrenstein,_Gottfried_W.\|Ehrenstein, G. W.]]: Faserverbund-Kunststoffe. Carl Hanser Verlag, München (2006), (ISBN 978-3-446-22716-4)
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[7]		\|[7]

Oluschinski: Die Seite wurde neu angelegt: „{{PSM_Infobox}} Faserverstärkte Kunststoffe FORCETOC ==Einordnung Faserverstärkter Kunststoffe== Der…“

2017-08-14T09:39:09Z

Die Seite wurde neu angelegt: „{{PSM_Infobox}} Faserverstärkte Kunststoffe __FORCETOC__ ==Einordnung Faserverstärkter Kunststoffe== Der…“

Neue Seite

{{PSM_Infobox}}
Faserverstärkte Kunststoffe
__FORCETOC__
==Einordnung Faserverstärkter Kunststoffe==

Der Begriff „Faserverstärkte Kunststoffe“ oder „Faser-Kunststoff-Verbunde“ (FKV) stellt eine Synonym für eine äußerst heterogene Werkstoffgruppe dar, die von der Art der Faserverstärkung und des Faservolumenanteils, den möglichen Matrixwerkstoffen, verschiedensten Herstellungsverfahren und der eingestellten oder erzeugten [[Faserorientierung]] geprägt wird. Diese Werkstoffgruppe wird den Faserverbundwerkstoffen zugeordnet, die im Allgemeinen selbst zur Werkstoffklasse der Verbundwerkstoffe (siehe auch: [[Prüfung von Verbundwerkstoffen]]) mit beliebigem Matrix- und Verstärkungswerkstoff zugehören. 
Grundsätzlich stellt ein Faser-Kunststoff-Verbund eine Kombination aus beliebigen Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix dar, die die Fasern einhüllt und mittels adhäsiver oder kohäsiver Wechselwirkung eine Kraftübertragung zwischen den Verbundpartnern ermöglicht. Da die meisten [[Kunststoffe]] aufgrund geringer Festigkeiten, hoher Bruchdehnung und Schrumpfverhalten (siehe [[Schrumpfversuch]]) infolge der [[viskoelastisches Werkstoffverhalten|viskoelastischen]] Eigenschaften ([[Thermoplaste]]) oder sehr niedrigen Bruchdehnungen und sprödem Bruchverhalten ([[Duroplaste]]) nicht für konstruktive Applikationen geeignet sind, stellt die Verstärkung mit Fasern oder das Füllen mit Partikeln eine ökonomische Variante zur Erzeugung von Konstruktionswerkstoffen dar. Aufgrund der Variabilität von Fasern und Matrixwerkstoffen lassen sich die Eigenschaften der Verbunde in einem weiten Rahmen gezielt einstellen (Werkstoffe nach Maß), wodurch Anwendungen im Leichtbausektor für die Flugzeug- und Automotive-Industrie erst ermöglicht wurden. Unabhängig von der Art der Verstärkung und der gewählten Matrix besitzen faserverstärkte Kunststoffe hohe spezifische [[Festigkeit]]en und [[Elastizitätsmodul|E-Moduli]] (Kennwert bezogen auf die [[Dichte]]), aber sie besitzen in der Regel auch eine hohe [[Anisotropie]] (Richtungsabhängigkeit) der mechanischen und thermischen Eigenschaften.

Grundlegend gilt für alle faserverstärkten Kunststoffe, dass die Fasern die lasttragende Funktion im Verbund übernehmen, während die Matrix eine Bettungs- und Schutzfunktion ausübt, um z. B. bei Normalbeanspruchung der Fasern das EULER'sche Ausknicken zu verhindern. Die Fasern werden mit einer sogenannten Schlichte, die im Fertigungsprozess das Verkleben der Fasern verhindert, und einem Haftvermittler (siehe auch [[Faser-Matrix-Haftung]]) versehen. Die Matrix muss einen Koppler, z. B. Maleinsäureanhydrid, enthalten. Die Schlichte und der Koppler bilden das Interface zwischen Matrix und Faser und Übertragen die Lastspannung im Volumen über Schubspannungen (siehe: [[Biegeversuch Schubspannung]]) in der [[Phasengrenzfläche|Grenzfläche]] auf die Faser, die dann mit einer Normalspannung reagiert, wenn sie näherungsweise in der Belastungsrichtung orientiert ist. Für einen effizienten Verbundwerkstoff hinsichtlich [[Zugfestigkeit|Festigkeit]] und [[Elastizitätsmodul]] sind neben der Fasergeometrie (l/d-Verhältnis) und dem -volumenanteil folgende Regeln zu beachten:

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> E_{F} > E_{M} \!</math>
|(1)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> \epsilon_{BF} < \epsilon_{BM} \!</math>
|(2)
|}

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math> \sigma_{MF} < \sigma_{MM} \!</math>
|(3)
|}

mit Index
{|
|-
|F
|width="15px" |
|Faser
|-
|M
|
|Matrix
|}

== Arten von Verstärkungsfasern ==

In den faserverstärkten Kunststoffen werden organische und anorganische Fasern (z. B. Glasfasern (GF), Mineralfasern (MF), Kohlenstofffasern (CF) oder Naturfasern (NF)) als eindimensionale (z. B. Fasern, Rovings), zweidimensionale (z. B. Gewebe, Gelege) oder dreidimensionale (Laminate) Verstärkungsstrukturen eingesetzt.

Die wichtigsten anorganischen amorphen Fasern sind die Mineralfasern (MF) und die Glasfasern (GF) wobei speziell folgende Arten für [[Thermoplaste|thermo-]] und [[Duroplaste|duroplastische Verbunde]] verwendet werden:

* Glasfasern (E-Glas)
* Basaltfasern
* Borfasern oder
* Keramikfasern

Die organischen Fasern besitzen infolge der zumeist hohen [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Orientierung]] auch eine große Anisotropie der elastischen Eigenschaften und der Festigkeit bei einer eingeschränkten [[Wärmeformbeständigkeit]]. Diese Fasern werden bevorzugt bei thermoplastischen aber auch für duroplastische Verbundkunststoffe z. B. Kohlenstofffasern (CF) eingesetzt:

* Polyaramid-Fasern (Aramidfasern, AF)
* Kohlenstofffasern (CF, hochfest, hochmodulig)
* Polyester-Fasern
* Polyamid-Fasern (Nylon)
* Polyethylen-Fasern
* Polymethylmethacrylat-Fasern (Acrylat- oder Plexiglasfasern)

Für faserverstärkte Kunststoffe werden auch zunehmend Naturfasern (NF) eingesetzt, obwohl ihre mechanischen Eigenschaften auch infolge der geringen [[Dichte]] vergleichsweise niedrig sind und sie somit nicht als Hochleistungsverbundkunststoffe genutzt werden können. Sie werden zumeist nur für [[Thermoplaste|thermoplastische Kunststoffe]] als Verstärkungs- oder Füllstoff (z. B. WPC-Wood Polymer Compound) verwendet. Die wichtigsten nachwachsenden Verstärkungsfasern sind:

* Flachs-Fasern
* Hanf-Faser
* Holz-Fasern
* Sisal-Fasern

Unabhängig von der Art der Fasern und ihrer Geometrie werden folgende von der Faserlänge abhängige Klassifizierungsmerkmale verwendet.

* Kurzfasern mit 0,1 ≤ L ≤ 1 mm für thermoplastische Faserverbunde (Spritzguss, Extrusion)
* Langfasern mit 1 ≤ L ≤ 50 mm für thermo- und duroplastische Faserverbunde (Spritzpressen, Faserspritzen)
* Endlosfasern mit L > 50 mm für duroplastische Faserverbunde (Rovings, Gewebe, Gelege, Multiaxialgelege, Gesticke)

==Faserverstärkte Kunststoffe==
=== Thermoplastische faserverstärkte Kunststoffe ===

Als thermoplastische Matrixwerkstoffe sind fast alle amorphen und teilkristallinen [[Kunststoffe]] verwendbar, wobei die Effizienz der Verstärkung jedoch sehr unterschiedlich sein kann. Vorteil der meisten thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffe sind die Vielfalt der Herstellungs- und Formgebungsverfahren sowie die Schweiß- und Klebbarkeit. Nachteilig ist bei diesen Faser-Kunststoff-Verbunden, dass sie beim Erreichen der [[Glastemperatur]] Tg erweichen und schrumpfen. Mit ansteigendem Faservolumenanteil nimmt jedoch die [[Kriechen Kunststoffe|Kriech-]] und Schrumpfneigung (siehe auch [[Schrumpfversuch]]) dieser Werkstoffe ab, wobei infolge der Orientierung aber ein anisotropes Steifigkeits-, Festigkeits- und Deformationsverhalten auftritt. Geeignete [[Thermoplaste|thermoplastische Matrixwerkstoffe]] sind z. B.:

* Polyamid ([[Kurzzeichen]]: PA)
* Polybuten ([[Kurzzeichen]]: PB)
* Polycarbonat ([[Kurzzeichen]]: PC)
* Polybutylenterephthalat ([[Kurzzeichen]]: PBT)
* Polyethylen ([[Kurzzeichen]]: PE)
* Polyoxymethylen ([[Kurzzeichen]]: POM)
* Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP).

Für Hochtemperaturanwendungen bis maximal 300 °C sind die folgenden Thermoplaste als Matrix einsetzbar:

* Polyetheretherketon ([[Kurzzeichen]]: PEEK)
* Polyphenylensulfid ([[Kurzzeichen]]: PPS)
* Polyethersulfon ([[Kurzzeichen]]: PESU)
* Polysulfon ([[Kurzzeichen]]: PSU)
* Polyetherimid ([[Kurzzeichen]]: PEI)
* Polytetrafluorethen ([[Kurzzeichen]]: PTFE)
* Polychlortrifluorethylen ([[Kurzzeichen]]: PCTFE)

=== Duroplastische faserverstärkte Kunststoffe ===

Faser-Kunststoff-Verbunde auf [[Duroplaste|duroplastischer Basis]] können kalt- oder heißhärtende Systeme sein, die sich nach dem Aushärten nicht mehr umformen lassen, wobei jedoch mechanische Bearbeitungsverfahren wie Sägen oder Fräsen genutzt werden können. Für die Herstellung von komplexen Bauteilen mit definierten Hauptbeanspruchungsrichtungen werden of vorimprägnierte Faser-Matrix-Halbzeuge wie z. B. SMC (Sheet Molding Compound), BMC (Bulk Molding Compound) oder Prepregs (Preimpregnated Fibers) verwendet. Als duroplastischen Matrixwerkstoffe werden die nachfolgend aufgeführten Harze verwendet.

* Diallylphthalatharz ([[Kurzzeichen]]: DAP)
* Epoxidharz ([[Kurzzeichen]]: EP)
* Harnstoffharz ([[Kurzzeichen]]: UF)
* Melaminharz ([[Kurzzeichen]]: MF)
* Phenol-Formaldehydharz ([[Kurzzeichen]]: PF)
* Polyurethan ([[Kurzzeichen]]: PUR)
* Ungesättigtes Polyesterharz ([[Kurzzeichen]]: UP)

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547–600 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[2]
|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landoldt Börnstein. Volume VIII/6A2, Springer Verlag, Berlin (2014) (ISBN 978-3-642-55166-6; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)
|-valign="top"
|[3]
|Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, T. (Hrsg.) Domininghaus – Kunststoffe, Eigenschaften und Anwendungen. Springer Verlag, Berlin (2012) 8. Auflage, (ISBN 978-3-446-44350-1)
|-valign="top"
|[4]
|Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden. Springer Verlag, Berlin (2007) 2. Auflage (ISBN 978-3-540-72190-1)
|-valign="top"
|[5]
|Neitzel, M., Mitschang, P., Breuer, U.: Handbuch Verbundwerkstoffe: Werkstoffe, Verarbeitung, Anwendung. Carl Hanser Verlag, München (2014), (ISBN 3-446-43696-1)
|-valign="top"
|[6]
|Ehrenstein, G. W.: Faserverbund-Kunststoffe. Carl Hanser Verlag, München (2006), (ISBN 978-3-446-22716-4)
|-valign="top"
|[7]
|Erhard, G.: Konstruieren mit Kunststoffen. Carl Hanser Verlag, München (2008) 4. Auflage (ISBN 978-3-446-41646-8)
|-valign="top"
|[8]
|Ehrenstein, G. W.: Mit Kunststoffen konstruieren. 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München (2007) 3. Auflage (ISBN 978-3-446-41322-7)
|-valign="top"
|[9]
|Ehrenstein, G. W.: Polymerwerkstoffe – Struktur – Eigenschaften – Anwendung. Carl Hanser Verlag, München (2011) 3. Auflage (ISBN 978-3-446-42283-4)
|}

[[Kategorie:Kunststoffe]]