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6_faserverstärkte Kunststoffe Flashcards

(50 cards)

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1
Q

Isotrope Werkstoffe

A

Isotrope werkstoffe besitzen richtungs–unabhängige Eigenschaften. Steifigkeit und Festigkeit simd bspw. in alle richtungen gleich

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2
Q

Prinzip einsatz von FVW

A

durch kombi von min. 2 unterschiedlichen Werkstoffkomponenten zu einem Verbundwerkstoff neue Gebrauchseigenschaften erzielen bzw. existierenden zu optimieren

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3
Q

Einsatzgebiete FVW

A

Wasserstoffdruckgasspeicher
Rotoren von Windkraftanlagen
Batteriegehäuse von Fahrzeugen
Strukturkomponenten Flugzeug

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3
Q

Vorteile FVW

A
  • hohe mech. Eigenschaften (Steifigkeit, Festigkeit) bei gleichzeitig geringem gewicht
  • Reduktion von Trägheitskräften, Momenten, geringe therm. Ausdehnung
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4
Q

Nachteile FVW

A
  • hohe Materialpreise
  • sehr spez. Fertigungsmethode
  • Richtungsabhängigkeit der mech. Eigenschaften machen eine werkstoffgerechte Konstruktion und Dimensionierung mit FVK aufwendig
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5
Q

Wie werden in Verbundwerkstoffen die Fasern eingebettet

A

in einer Polymermatrix, die fixiert und voor Umwelteinflüssen schützt

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5
Q

Glasfaser : Bestandteile und Herstellung

A

Bestandteile: Siliziumoxid und weitere Oxide wie Aluminium oder Magnesiumoxid
Herstellung: Schmelzspinnverfahren bei T = 1440 Grad
Glas wird aus der schmelze durch düsen mit mehr als 1000 Öffnungen gezogen, kontrolliert abgekühlt und zu Filamentsträngen (rovings) zusammengefasst

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6
Q

Aus welchen stoff bestehen die Fasern

A

Glasfasern
Kohlenstofffasern
Aramidfasern

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7
Q

Herstellung Kohlenstofffasern

A

Frühere Basis war die Rayon faser, jetzt zu über 90 % PAN-Precursor.
Übrigen C Fasern werden mit einem verfahren hergestellt, das als Ausgangsprodukt Pech verwendet, das z.b aus Öl oder Steinkohle gewonnen werden kann

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8
Q

Naturfasern def.

A

unter dem begriff vereinen sich alle fasern tierischen, pflanzlichen und mineralischen Ursprungs. Für die Herstellung von FVK Bauteilen werden jedoch insbesondere pflanzliche fasern, wie flachs, hanf, kenaf und jute genutzt

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8
Q

sehr interessante EIgenschaft der C FAser

A

negativer Wärmeausdehnungskoeffizient in Faserrichtung

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8
Q

Herstellung und Bestandteile Aramid

A

Bestandteile: ist aus Amidgruppen und aromatische RInge

Herstellung: aromatische Polyamid in einem Lösungsmittel (schwefelsäure) aufgelöst, versponnen und anschließend gereckt wird. Dabei werden die Molekülketten in Faserrichtung orientiert und bilden kristalline strukturen

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8
Q

Typen C FAsern

A

HM Kohlenstofffasern: hohen mehr als doppelt so ohes E Modul wie Stahl, aber sehr teuer und geringe bruchdehnung

HST Fasern: ähnliches E Modul wie HM Fasern aber höhere bruchdehnung und günstiger

IM fasern: kompromiss zwischen HST und HM

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9
Q

Vorteile Aramidfasern

A
  • hohe festigkeit und steifigkeit bei gleichzeitig hoher schlagzähigkeit
  • gutes Energieabsorptionsvermögen bei gleichzeitig geringer dichte
  • flammfest, selbstlöschend und gegen viele chemikalien beständig
  • negativer Wärmeausdehnungskoeffizient
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10
Q

Vorteile Naturfasern

A

minimaler energiebedarf bei der herstellung
gerige dichte 1,5 g / cm^3

gute thermische und akustische Isolierwirkung

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11
Q

Matrix def

A

Neben der Verstärkungsfaser ist die Matrix die zweite Komponente eines Faserverbundwerk-stoffes.

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11
Q

Nahchteile von naturfasern

A

hygroskopisches verhalten, geringe Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen. Beide Eigenschaften schränken die Auswahl von möglichen Matrixmaterialien deutlich ein

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12
Q

Rovings def.

A

Parallele Faserstränge aus mehreren Fäden, die einige tausend bis mehrere zehntausend Einzel
filamente enthalten können, werden Rovings genannt

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13
Q

Garnfeinheit (titer) def.

A

Eine wichtige Größe zur Charakterisierung von Rovings ist die sogenannte Garnfeinheit T
(auch Titer genannt), die die Masse m eines Rovings pro Längeneinheit L angibt:

𝑇 =m / L [g/km] “tex”

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14
Q

Aufgaben Matrix

A
  • Fixierung der Fasern in der gewünschten geometrischen Anordnung,
  • Übertragung von Kräften auf die Fasern,
  • Stützung der Fasern bei Druckbeanspruchung (Stabilität),
  • Schutz der Fasern vor Einwirkungen von Umgebungsmedien (Feuchtigkeit, Chemikalien usw.).
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15
Q

Härtung und kalt, warm, lichthärtende Harzsysteme

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A

Die Bildung des Duroplast-Endproduktes durch Vernetzung der Rohstoffe wird als „Härtung“
bezeichnet. Dabei entsteht aus den dünnflüssigen Ausgangskomponenten Harz und Härter ein
homogener Festkörper. Je nach Aktivierung dieser chemischen Härtungsreaktion unterscheidet man
kalt-, warm- und lichthärtende Harzsysteme.

15
Q

Unterteilung MAtrixsysteme

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A

Duroplastische/
thermoplastische
Matrices

16
Q

Vorteile Thermoplast MAtrices gegenüber Duroplastische matrices

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A
  • höhere bruchdehnung
  • höheres Energieabsorptionsvermögen
  • hohe Schlagzähigkeit und Bruchdehnung
  • gutes Druck-, Stauch- und Knickverhalten
  • gute Medienbeständigkeit, geringe Feuchteaufnahme
    Härtung
    kalt-, warm-, licht
    härtende
    Harzsysteme
  • kurze Verarbeitungszyklen (keine Aushärtung erforderlich)
  • Schweißbarkeit
  • Rezyklierbarkeit der Abfälle
  • unbegrenzte Lagerzeit bei Raumtemperatur
17
Q

Nachteile Thermoplastische matrices

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A
  • Kriechneigung bei höheren Temperaturen
  • hohe Temperaturen und Drücke, schwierige Prozessführung bei Verarbeitung
  • hohe Viskosität der Schmelze, dadurch erschwerte Benetzung von Verstärkungsfasern
18
Faserbeschichtungen Aufgabe
Nur bei guter Haftung und mechanischer Verträglichkeit beider Komponenten können die vorteilhaften Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs optimal ausgeschöpft werden. Dazu werden Faserbeschichtungen auf die Faser aufgebracht Bei der Glas- und Kohlenstofffaser spricht man von Schlichte, bei synthetischen Fasern wie der Aramidfaser von Avivagen.
19
Funktionen Faserbeschichtungen
* Sie verklebt die unverarbeiteten Faserbündel zu Rovings und lässt damit die Weiterverarbeitung zu. * Additive und Filmbildner in der Schlichte schützen die Fasern vor äußeren Einflüssen, wie z. B. Feuchtigkeit bei der Lagerung, sowie vor der mechanischen Beanspruchung beim Verarbeitungsprozess, der sonst zum Brechen der spröden Fasern führen würde. Nur so ist es überhaupt möglich, Fasern schadensfrei zu einem Bauteil zu verarbeiten. * Weiterhin kann die Schlichte Haftvermittler enthalten, die je nach System notwendig sind, um Faser und Matrix chemisch zu verbinden.
20
Faservolumengehalt def.
beschreibt das Mengenverhältnis von Verstärkungsmaterial zum Gesamtmaterial (Verstärkung und Matrix) und lässt sich in Volumenanteilen V bzw. Quer schnittsanteilen beschreiben.
21
Faservolumengehalt kubisch dichteste Packung
A_F = 4 * 1/4 * pi * r^2
22
Faservolumengehalt hexagonal dichteste Packung
A_F = 3 * 1/6 * pi * r^2
22
UD Profile def.
UD steht für unidirektional und bedeutet, dass sämtliche Fasern parallel zueinander orientiert sind. ebenfalls sehr hohe faservolumenanteile ermöglicht
23
Autoklavverfahren
Für höchste Ansprüche an die Steifigkeit und die Festigkeit faserverstärkter Kunststoffbauteile werden diese im Autoklavverfahren hergestellt, das Faservolumengehalte von über 80% ermöglicht
23
Modellierung der Verbundeigenschaften als Parallel- und Reihenschaltung von Federn
Wird der Verbundwerkstoff genau in Faserrichtung belastet, so erfolgt der Kraftfluss durch Matrix und Faser parallel. F = F_F1 + F_M1 Wird der Werkstoff hingegen quer zur Faserrichtung belastet, stellt sich in Fasern und Matrix die gleiche Spannung ein, während die Gesamtverformung aus der Summe der Komponentenverfor mungen resultiert F = F_F2 = F_M2
24
gewebe def
Gewebe zeichnen sich dadurch aus, dass sich die Filamente in regelmäßigen Abständen im rechten Winkel zueinander überkreuzen
24
Vorteile Belastung senkrecht zur faser
bruchdehnung sinkt und auch die bruchspannung, weil die fasern kaum an der querverformung teilnehmen, da sie gegenüber der mtrix einen vielfach höheren E-Modul haben
24
Faserrichtungen 1 und 2
1 : vollkommene parallele Faseranordnung 2: senkrecht zur faserrichtung
24
Laminat def.
Um auch in komplex beanspruchten Bauteilen FVK verwenden zu können, werden daher mehrere Schichten zu einem Laminat gestapelt. Die UD-ES weisen dabei verschiedene Richtungen auf
25
Gelege def
Bei Gelegen sind die eigentlichen Verstärkungsfasern parallel 'gelegt'. Häufig werden mehrere solcher Schichten in unterschiedlicher Orientierung aufeinandergelegt und durch dünne Wirkfäden oder Klebungen fixiert. Diese werden als WIMAG bezeichnet
26
typische lieferformen von halbzeugen zur laminatherstellung
Gewebe, Geflechte und Gelege
27
geflechte def.
Geflechte ermöglichen den Einsatz von Halbzeugen mit anderen Überkreuzungswinkeln und auch schlauchförmigen Geometrien
28
Organoblech def.
Vorimprägnierte Laminataufbauten aus Gelegen, Geweben oder Geflechten mit Thermoplastmatrix werden auch Organoblech genannt.
28
Flächengewicht oder grammatur
Größe zur charakterisierung des gewichts von lamminatlieferformen Flächengewicht = m / A
29
Prepreg def.
Alle genannten lieferformen textiler halbzeuge können auch als sogenannte Prepreg bezogen werden. In diesem Fall sind die Fasern bereits mit einem duroplastischen oder thermoplastischen matrixwerkstoff imprägniert
29
symmetrischer Laminataufbauten
bei unsymmetrishen Aufabu kann es zu unerwünschten Verformungen kommen (kopplungen). Um dies zu vermeiden, werden symmetrische Laminataufbauten verwendet.
30
quasiisotrope Laminat def.
Dabei werden die Einzelschichten so gestapelt, dass die Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften in der Lami natebene richtungsunabhängig sind E Modul sinkt aber stark ab durch schichten, welche nicht in der Hauptbelastungsrichtung sind
30
Mit welchem Winkel zwischen Faserorientierung und Belastungsrichtung können die höchsten Steifigkeits- sowie Festigkeitswerte erzielt werden?
0 Grad Faserorientierung
31
Bei welchem textilen Verstärkungshalbzeug sind die Verstärkungsfasern parallel zueinander ausgerichtet und nur minimal onduliert?
Gelege
32
: Welchen Einfluss haben die kontinuierlichen Verstärkungsfasern auf das fasersenkrechte Bruchverhalten eines FVK
Die fasersenkrechte Bruchdehnung sinkt
33
Werkstoffauswahl: Kenndaten nicht aus den werkstoffdatenbanken
- Preisinformation - Verarbeitbarkeit - Wirtschftlichkeit des fertigungsverfahren - Erfahrungswerte
34
was wird unter DImensionierung verstanden
festlegen aller Maße eines bauteils, bei dem ein versagen unter der erwarteten Last nicht auftritt
35
was ist versagen?
wenn das eigenschaftsprofil des werkstoffes vom anforderungsprofil des bauteils abweicht und eine vollständige Funktionsweise des bauteils nicht mehr sichergestellt werden kann

Werkstoffkunde 2 (6 decks)

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