Kap 6: Faserverbundwerkstoffe

Question 1

Wodurch zeichnen sich Faservebundwerkstoffe aus?

Answer 1

–> durch ihre guten mechanischen Eigenschaften mit geringem Gewicht

Question 2

Def: isotrope Werkstoffe

Answer 2

Werkstoffe mit richtungs-unabhängigen Eigenschaften. Steifigkeit und Festigkeit sind in alle Richtungen gleich

Question 3

Welche Arten von Fasern gibt es, welche wir am häufigsten genutzt und welche sind anorganisch/organisch?

Answer 3

• Glasfaser GFK (am häufigsten), anorganisch
• Kohlenstofffaser CFK, organisch
• Aramidfaser AFK, organisch

Question 4

Vorteile FVW

Answer 4

-geringes Gewicht

einstellbare:

• Steifigkeit
• Dämpfung
• Wärmedehnung

Question 5

Nachteile FVK

Answer 5

• hoher Materialpreis
• sehr spezielle Fertigungsmethoden
• aufwendige Verbindungstechnik
• Anisotropie

Question 6

Welche Glasfaserarten gibt es?

Answer 6

E - elektrisch (preiswerk, vielseitig)

R - résistance (hohe Festigkeit)

S - stength (hohe Festigkeit)

C - chemische Beständigkeit

Question 7

Beschrifte die Abbildung

Answer 7

Question 8

Welche Kohlenstofffasern gibt es und was können sie?

Answer 8

HT - high tenacity: Festigkeit und Steifigkeit über Stahl

HM - high modulus: doppelt so hoher E-Modul wie Stahl, geringe Bruchdehnung

HST- high strain and tenacity: same E-Modul wie HT, aber höhere Festigkeit und Bruchdehnung

IM- intermediate modulus: Mischung HST- und HM-Fasern

Question 9

Was macht K-Fasern besonders?

Answer 9

• haben negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten
• elektisch leitfähig, temperaturbeständig, chemisch beständig

Question 10

Welche Arten von Faser vereinen Naturfasern?

Answer 10

• tierische
• pflanzliche
• mineralische

Question 11

Welche pflanzlichen Fasern werden für FVK-Bauteile meist genutzt?

Answer 11

Flachs

Hans

Kenaf

Jute

Question 12

Nachteil von Naturfasern?

Answer 12

• hygroskopisches Verhalten
• geringe Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen

Question 13

Def. Filament

Answer 13

endloser Einzelfaden bzw. Faser

Question 14

Def. Rovings

Answer 14

Parallele Faserstränge aus Fäden, die einige tausend Einzelfilamente haben

Question 15

Formel Garnfeinheit und was ist ihre normale Einheit?

Answer 15

T = m/L Masse m eines Rovings pro Längeneinheit L

–> meist in g/km auch “tex” gennant

Question 16

Welche Aufgaben übernehmen Matrixwerkstoffe?

Answer 16

• Fixierung der Fasern
• Übertragung von Kräften aus die Fasern
• Stützung der Fasern bei Druckbeanspruchung
• Schutz von Umgebungsmedien (Feuchtigkeit, Chemikalien usw.)

Question 17

Welche Materialen werden für eine duroplastische Matrix eingesetzt?

Answer 17

Polyester (UP)

Vinyester (VE)

Epoxidharz (EP)

Phenolharz (PF)

Polyurethan (PUR)

Question 18

Welche Materialien werden für eine thermoplastische Matrix eingesetzt?

Answer 18

Polypropylen (PP)

Polyamid (PA)

Polycarbonat (PC)

Polyetheretherketon (PEEK)

Question 19

Was ist Härtung und welche Harzsysteme unterscheidet man?

Answer 19

–> Bildung des Duroplast-Endproduktes durch Vernetzung von Rohstoffen

kalt, warum und lichthärtende Harzsysteme

Question 20

Welche Harze gibt es und was sind ihre Eigenschaften?

Answer 20

• Vinylesterharze sind besonders chemisch beständig
• Epoxidharze erfüllen hohe mechanische Anforderungen
• Phenolharze sind günstig und haben hohe Feuerfestigkeit

Question 21

Vorteile thermoplastische Matrix ggüb. duroplastische Matrix

Answer 21

• hohe Bruchdehnung und Absorptionsvermögen
• hog Schlagzähigkeit
• gutes Druck-, Stauch und Knickverhalten
• gute Medienbeständigkeit, geringe Feuchteaufnahme
• kurze Verarbeitungszyklen
• Schweißbarkeit und Recyklierbarkeit
• unbegrenzte Lagerzeit bei RT

Question 22

Nachteile thermoplastische Matrix

Answer 22

• Kriechneiung bei erhöhter Temperatur
• schwierige Prozessführung bei hohen Temperaturen und Drücken
• hohe Viskosität der Schmelze erschwert Benetzung

Question 23

Welche Faktorne sind bei der Abstimmung von Faser und Matrix wichtig?

Answer 23

• gute Haftung
• mechanische Verträglichkeit

Question 24

Wie nennt man die Beschichtung bei Glas- und Kohlenstofffasern und wie die von synthetischen Fasern?

Answer 24

glas/kohle: Schlichte

synthetisch: Avivage

Question 25

Was beschreibt der Faservolumengehalt?

Answer 25

beschreibt Mengenverhältnis zwischen Verstärkungsmateriaö zu Gesamtmaterial (Verstärkung und Matrix) --\>

Question 26

Was sind die beiden wichtigsten Grenzfälle der Volumenpackungen?

Answer 26

- kubisch dichteste - hexagonal dichteste

Question 27

Zeiche die kubische und hexagonal dichteste Packung

Answer 27

Question 28

Herleitung maximaler Faservolumengehalt kubisch-dichteste-Packung

Answer 28

Question 29

Herleitung maximaler Faservolumengehalt hexagonal-dichteste-Packung

Answer 29

Question 30

Das erreichbare Faservolumen hängt von Herstellungsverfahren ab. Welche Anteile können bei unterschiedlichen Verfahren erreicht werden? (Handlaminierverfahren, Industrieverfahren, Autoklaveverfahren)

Answer 30

\<40% Handlaminierverfahren ca. 70% Industrieverfahren \>80% Autoklavverfahren

Question 31

Def. UD-Verstärkung

Answer 31

UD steht für unidirektional --\> sämtliche Fasern sind parallel angeordnet

Question 32

Formel: Umformung von Gewichtsgehalt auf Vorlumengehalt

Answer 32

Question 33

Beschrifte die Abbildung

Answer 33

Question 34

Zeichne die Spannungs-Dehnungs Kurven für eine faserparallele Belastung

Answer 34

Question 35

Zeichne die Spannungs-Dehnung-Kurve für eine fasersenktrechte Belastung

Answer 35

Question 36

Zeichne das relative E-Modul und die Festigkeit in abhängigkeit des Differenzwinkels auf

Answer 36

Question 37

Def. Drapierbarkeit

Answer 37

--\> Anpassungsfähigkeit bzw. Verformbarkeit des Textils an dreidimensionalen Oberflächen

Question 38

Welche Lieferformen von Halbzeugen zur Laminatherstellung gibt es?

Answer 38

Gewebe Geflechte Gelege

Question 39

Was ist Gelege?

Answer 39

--\> Fasern sind "parallel" gelegt --\> mehrere solcher Schichten mit unterschiedlichen Orientierungen werden durch Wirkfäden oder Verklebungen fixiert (WIMAG: warp knitted multi-axial layer fabric)

Question 40

Beschrifte die Lieferformen texltiler Halbzeuge

Answer 40

Question 41

Prepag/Tape/Organoblech

Question 42

Beschrifte die Abbildung

Answer 42

Question 43

Beschrifte die Abbildung

Answer 43

Question 44

Beschrift den Aufbau eines Vakuumsacks

Answer 44

Question 45

Was sind Vorteile des Prepreg/Autoklav-Verfahrens?

Answer 45

Geringe Fertigungstoleranz Geringe Werkzeugkosten Exzelletene mechanische Eigenschaften Darstellbarkeit komplexer Bauteilgeometrien

Question 46

Was sind Nachteile des Prepag/Autoklav-Verfahrens?

Answer 46

- lange Zylkluszeiten - kostenintensive Werkstoffe (teure Prepegs mit begrenzter Lagerfähigkeit)

Question 47

Vorteile Vakuuminfusionsverfahren

Answer 47

- relativ gerine Werkzeug- und Anlagekosten - geeignet für Prototypenfertigung und Kleinserie, insbesondere für großflächige Bauteile - konstante, hohe Laminatqualität

Question 48

Nachteile Vakuuminfusionsverfahren

Answer 48

- lange Zykluszeit (bis zu mehreren Stunden) - bisher hoher Verbrauchsmittelbedarf (Folien)

Question 49

Wie läuft das RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding) ab?

Answer 49

Question 50

Beschrifte die Bauteil des RTM-Verfahrens

Answer 50

Question 51

Vorteile und Nachteile des RTM-Verfahrens

Answer 51

Vorteile:  Hoher Automatisierungsgrad erzielbar  Kurze Zykluszeiten, daher insbesondere für Großserien geeignet  Konstante, hohe Laminatqualität Nachteil:  Zweiteilige Werkzeuge und Schließmechanismus notwendig

Question 52

Vorteile/Nachteile des Handlaminierverfahrens

Answer 52

Vorteile:  Relativ geringe Werkzeugkosten  Keine Anlagentechnik notwendig  Komplexe und großflächige Bauteilgeometrien erzielbar Nachteil:  Hoher manueller Aufwand notwendig