Faserverbundwerkstoffe und ihre Eigenschaften
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Questions and Answers

Welche Funktion hat die Matrix in einem Faserverbundwerkstoff?

  • Sie beeinflusst die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs.
  • Sie gibt dem Werkstoff seine Farbe.
  • Sie verleiht dem Werkstoff seine Zugfestigkeit.
  • Sie fixiert die Fasern und überträgt Spannungen. (correct)

    • Was ist eine wichtige Eigenschaft von Laminate in Bezug auf die Werkstoffe?

  • Die Werkstoffe dürfen keine chemischen Reaktionen eingehen.
  • Die Werkstoffe müssen gleichmäßig dick sein.
  • Die Werkstoffe müssen zueinander verträglich sein. (correct)
  • Sie müssen aus nur einem Werkstoff bestehen.

    • Welche Eigenschaft hat ein isotroper Verbund im Vergleich zu einem anisotropen Verbund?

  • Isotrope Verbunde zeigen in alle Richtungen ähnliche Eigenschaften. (correct)
  • Isotrope Verbunde sind weniger kostengünstig als anisotrope.
  • Isotrope Verbunde sind leichter herzustellen.
  • Isotrope Verbunde haben eine höhere Zugfestigkeit.

    • Welche Rolle spielt die Grenzschicht in einem Verbundwerkstoff?

    <p>Sie sorgt für die Schubverteilung zwischen den Werkstoffen.</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht mit den Fasern bei Druckbelastung in einem Faserverbundwerkstoff?

    <p>Die Biegefestigkeit wird wichtig.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die mechanische Eigenschaften eines Verbundes ist korrekt?

    <p>Die Eigenschaften können je nach Ausrichtung der Fasern variieren.</p> Signup and view all the answers

    Wie schützt die Matrix die Fasern im Faserverbundwerkstoff?

    <p>Durch Fixierung der Fasern in einer stabilen Struktur.</p> Signup and view all the answers

    Welches Verfahren wird für die Kurzfaserverstärkung verwendet?

    <p>Spritzguss</p> Signup and view all the answers

    Welche Faserarten werden bei der Kurzfaserverstärkung verwendet?

    <p>Glas-, Kohle- und Naturfasern</p> Signup and view all the answers

    Was ist der maximale Faservolumengehalt in der Kurzfaserverstärkung?

    <p>60%</p> Signup and view all the answers

    Welcher Steifigkeitsbereich wird bei der Langfaserverstärkung erreicht?

    <p>Bis 30 GPa</p> Signup and view all the answers

    Welche Matrixmaterialien werden sowohl bei der Kurz- als auch bei der Langfaserverstärkung verwendet?

    <p>Duro- und Thermoplaste</p> Signup and view all the answers

    Welche Anwendung ist für die Langfaserverstärkung typischerweise geeignet?

    <p>Unterbodenbauteile</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Hauptmerkmal der Fasern im Fließvorgang bei der Langfaserverstärkung?

    <p>Sie sind in der Ebene orientiert</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über den Faservolumengehalt der Langfaserverstärkung ist korrekt?

    <p>Er beträgt bis zu 60%</p> Signup and view all the answers

    Welches Material hat eine viel höhere Zugfestigkeit im Vergleich zu Beton?

    <p>Bewehrungsstahl</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Hauptprinzip des Stahlbetonbaus?

    <p>Die Verstärkung von Zug beanspruchten Stellen mit Stahl</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Zugfestigkeit von Beton im Vergleich zur Druckfestigkeit beschrieben?

    <p>Zugfestigkeit ist etwa 10% der Druckfestigkeit</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über natürliche Faserverbundwerkstoffe ist korrekt?

    <p>Sie können aus verschiedenen natürlichen Materialien wie Holz oder Papier bestehen</p> Signup and view all the answers

    Was kann durch die Zugabe von Füll- oder Zusatzkomponenten zu einem Verbundwerkstoff erreicht werden?

    <p>Veränderung der resultierenden Eigenschaften des Werkstoffs</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Strukturtypen wird typischerweise für den Stahlnahbau verwendet?

    <p>Stahlbeton</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Materialien ist kein Bestandteil von Stahlbeton?

    <p>Aluminium</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft ist bei Holzfaserverbundwerkstoffen zu erwarten?

    <p>Variabilität in der Festigkeit je nach Verarbeitung</p> Signup and view all the answers

    Welcher Compositeanteil hat der Airbus A350?

    <p>39%</p> Signup and view all the answers

    Bezüglich der Materialien, was beschreibt am besten den Begriff 'Matrix'?

    <p>Die Komponente, die die Struktur zusammenhält.</p> Signup and view all the answers

    Welches Flugzeug hat den höchsten Compositeanteil unter den genannten?

    <p>Boeing 787</p> Signup and view all the answers

    Welches Material hat einen Compositeanteil von ca. 12%?

    <p>Boeing 777</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die verstärkende Phase in einem Verbundwerkstoff?

    <p>Sie verbessert die Eigenschaften des Verbunds.</p> Signup and view all the answers

    Welches Flugzeug hat den niedrigsten Compositeanteil in der Auflistung?

    <p>Boeing 767</p> Signup and view all the answers

    Wie viel Prozent Compositeanteil hat der Airbus A380?

    <p>22%</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Oberbegriff für Verbundwerkstoffe, die aus Fasern und einer Matrix bestehen?

    <p>Faserverbundwerkstoff (FVW)</p> Signup and view all the answers

    Welches Material ist charakteristisch für die Gruppe der teilkristallinen Thermoplaste?

    <p>PA (Polyamid)</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft trifft auf amorphe Thermoplaste zu?

    <p>Sie sind schmelzbar</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Eigenschaft 'spröde' bei amorphen Thermoplasten?

    <p>Sie zerbrechen leicht unter Druck</p> Signup and view all the answers

    Welches Kombinationsmaterial wird als GFK bezeichnet?

    <p>Kunststoff mit Glasfaser-Verstärkung</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Thermoplaste sind oft opak?

    <p>PVC</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Faserverstärkung gehört zu NFK?

    <p>Kunststoff mit Naturfaser-Verstärkung</p> Signup and view all the answers

    Was charakterisiert die Eigenschaften von teilkristallinen Thermoplasten?

    <p>Sie sind plastisch verformbar und zäh-hart</p> Signup and view all the answers

    Welche Bindung ermöglicht es, Kugelhalbschalen effektiv zu drapieren?

    <p>Köperbindung</p> Signup and view all the answers

    Was bleibt bei der Herstellung von 0°/90° Geweben konstant?

    <p>Die Faserlänge</p> Signup and view all the answers

    Welches Gewebetyp ist dafür bekannt, keine ondulierten Faserbündel zu haben?

    <p>Gelege</p> Signup and view all the answers

    Wie können die mechanischen Eigenschaften der Verstärkungsfasern in Gelegen optimal genutzt werden?

    <p>Durch Belastung in Faserrichtung</p> Signup and view all the answers

    In welchem Winkelbereich können Faserorientierungen in Gelegen realisiert werden?

    <p>-20 bis +60°</p> Signup and view all the answers

    Wie nennt man Gewebe, die sich durch nicht ondulierte Faserbündel auszeichnen?

    <p>Gelege</p> Signup and view all the answers

    Welcher Aspekt ist nicht mit der Drapierbarkeit von Geweben verbunden?

    <p>Die verwendete Faserfarbe</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht mit dem ursprünglich rechteckig zugeschnittenen Gewebe bei der Verwendung von Köperbindung?

    <p>Es wird stark tailliert</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Faserverbundwerkstoffe - Grundlagen

    • Faserverbundwerkstoffe bestehen aus einer Matrix und Verstärkungsfasern.
    • Die Matrix, typischerweise ein Polymer, umschliesst die Fasern.
    • Die Fasern verleihen dem Verbundwerkstoff seine Steifigkeit und Festigkeit.
    • Der Aufbau, die Struktur und die Eigenschaften der Bestandteile sind entscheidend für die Eigenschaften des gesamten Materials.
    • Die aktuelle Marktlage, Trends und typische Anwendungen werden betrachtet.
    • Verschiedene Matrixtypen (thermo- und duroplastisch) und Verstärkungsfasern (und deren Herstellung) werden vorgestellt.

    Werkstoffgruppen-Entwicklung

    • Die Entwicklung verschiedener Werkstoffgruppen (z.B. Metalle, Kunststoffe, Keramik, Verbundwerkstoffe) wird historisch dargestellt.
    • Die relative Bedeutung von verschiedenen Werkstoffen im Laufe der Zeit wird graphisch verdeutlicht.

    Verbund aus zwei Werkstoffen

    • Ein Verbund aus zwei Werkstoffen ergibt Eigenschaften, die über die der einzelnen Werkstoffe hinausgehen.
    • Fasern und Matrix arbeiten koordiniert und übertragen Kräfte, wodurch neue Eigenschaften entstehen.
    • Die Matrix hält die Fasern in der gewünschten Geometrie, verteilt Spannungen, schützt vor Umgebungseinflüssen und gibt dem Material Form und Aussehen.
    • Die Fasern verleihen dem Verbundwerkstoff hauptsächlich die Festigkeit, Steifigkeit, etc. in spezifischer Richtung (anisotrop).

    Einfluss der Verstärkung

    • Die Verstärkung mit Fasern erhöht die Festigkeit und Steifigkeit des Materials, was durch Diagramme dargestellt wird.
    • Die Zugspannung steigt mit dem Faservolumengehalt.

    Übersicht: Länge der Verstärkungsfasern

    • Die Länge der Verstärkungsfasern beeinflusst die Herstellungsverfahren und Eigenschaften.
    • Verschiedene Verfahren wie Kurzfaserverstärkung, Langfaserverstärkung und Orientierte Endlosfaserverstärkung sind je nach Anwendung angebracht.
    • Diese verschiedenen Verfahren haben Einfluss auf die Produktionsmengen.

    Partikelverstärkung

    • Bei der Partikelverstärkung werden keramische Partikel der Matrix zugefügt, um z.B die Festigkeit oder den Verschleiss zu erhöhen.
    • Der Partikelanteil und die Grösse haben Einfluss auf die Eigenschaften des Materials.

    Kurzfaserverstärkung

    • Eine Methode, bei der kurze Fasern dem Polymer hinzugefügt werden, um die Festigkeit oder Steifigkeit zu erhöhen.
    • Die Fasern haben eine typische Grösse und sind typisch für die Spritzgusstechnologie.

    Langfaserverstärkung

    • Bei dieser Methode werden längere Fasern für höhere Beanspruchungen verwendet.
    • Verfahren wie der Autoklav- und Infusionsprozess sowie das Handlaminieren, Wickeln, etc. sind typisch für Langfaser-Verstärkung.

    Orientierte Endlosfaserverstärkung

    • Diese Methode verwendet lange, ausgerichtete Fasern zur Erzielung hoher Festigkeit und Steifigkeit.
    • Für grosse Stückzahlen geeignete Verfahren sind Prepreg-Autoklav, Injektionsverfahren.

    Beispiele von Faserverbundwerkstoffen

    • Diverse Beispiele für Verbundwerkstoffe mit Fokus auf Eigenschaften und Anwendungen.
    • Beispiele beinhalten unterschiedliche Materialien wie Lehm, Holz etc.

    Natürliche Faserverbundwerkstoffe

    • Beispiele für natürliche Verstärkungen.
    • Beispiele wie Knochen und Holz sind typisch.

    Anwendung von Faserverbunden

    • Beispiele für Anwendungen in verschiedenen Bereichen, z.B. Automobilbau, Sportartikel, Luftfahrt.

    Kosten und Anwendungen in Kohlefaser

    • Entwicklung der Kostenstruktur für Kohlefaser im Laufe der Zeit.
    • Marktsegmente wie Raumfahrt, Verteidigung oder Sport, Industrie, Automotive.

    Weltmarktanteil FVK

    • Marktanteile verschiedener Faserverbundwerkstoff-Anwendungsfelder.
    • Die Marktanteile variieren in verschiedenen Regionen, wie China, USA etc.

    Warum FVK?

    • Faserverbundwerkstoffe (FVK) bieten Vorteile wie Gewichtsreduktion und Verbesserung des Ermüdungsverhaltens gegenüber klassischen Werkstoffen, speziell im Automobil- und Flugzeugbau.

    Beispiel Airbus A380, Neue Generation von Verkehrsflugzeugen

    • Anwendungen von FVK in einem Flugzeug, Airbus A380.
    • Vergleich der Composite-Anteile in verschiedenen Flugzeugtypen der neuen Generation.

    Grundlagen Kunststoffe

    • Einteilung von Kunststoffen nach ihren Eigenschaften (amorphe Thermoplaste, teilkristalline Thermoplaste, Elastomere, Duroplaste)
    • Anwendungen und Eigenschaften der Kunststoffe, die als Matrix in Faserverbundwerkstoffen verwendet werden.

    Matrixwerkstoffe

    • Überblick über verschiedene Matrixmaterialien (z.B. Polymerharze wie UP, EP, VE)
    • Eigenschaften und Eigenschaften, wie Dichte, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, etc.

    Faserwerkstoffe

    • Überblick über verschiedene Fasertypen (z.B. Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser, Naturfaser).
    • Eigenschaften (z.B. Zugfestigkeit, Gewicht).

    Verstärkungssysteme

    • Verschiedene Verstärkungsarten wie Matten, Vliese, Gewebe und Gelege
    • Übersicht über die verschiedenen Arten von Halbzeugen und deren Verwendung.

    Fasern und Fäden

    • Detaillierte Erklärung von Filamentfasern, Stapelfasern und weiteren Fasertypen. - Ein Bezug auf den Aufbau wird dargestellt.

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