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. (C)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht mit den Fasern bei Druckbelastung in einem Faserverbundwerkstoff?

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

Wie schützt die Matrix die Fasern im Faserverbundwerkstoff?

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

Welches Verfahren wird für die Kurzfaserverstärkung verwendet?

<p>Spritzguss (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Faserarten werden bei der Kurzfaserverstärkung verwendet?

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

Was ist der maximale Faservolumengehalt in der Kurzfaserverstärkung?

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

Welcher Steifigkeitsbereich wird bei der Langfaserverstärkung erreicht?

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

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

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

Welche Anwendung ist für die Langfaserverstärkung typischerweise geeignet?

<p>Unterbodenbauteile (B)</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 (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über den Faservolumengehalt der Langfaserverstärkung ist korrekt?

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

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

<p>Bewehrungsstahl (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptprinzip des Stahlbetonbaus?

<p>Die Verstärkung von Zug beanspruchten Stellen mit Stahl (B)</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 (D)</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 (D)</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 (A)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Strukturtypen wird typischerweise für den Stahlnahbau verwendet?

<p>Stahlbeton (B)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Materialien ist kein Bestandteil von Stahlbeton?

<p>Aluminium (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft ist bei Holzfaserverbundwerkstoffen zu erwarten?

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

Welcher Compositeanteil hat der Airbus A350?

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

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

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

Welches Flugzeug hat den höchsten Compositeanteil unter den genannten?

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

Welches Material hat einen Compositeanteil von ca. 12%?

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

Was beschreibt die verstärkende Phase in einem Verbundwerkstoff?

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

Welches Flugzeug hat den niedrigsten Compositeanteil in der Auflistung?

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

Wie viel Prozent Compositeanteil hat der Airbus A380?

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

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

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

Welches Material ist charakteristisch für die Gruppe der teilkristallinen Thermoplaste?

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

Welche Eigenschaft trifft auf amorphe Thermoplaste zu?

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

Was beschreibt die Eigenschaft 'spröde' bei amorphen Thermoplasten?

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

Welches Kombinationsmaterial wird als GFK bezeichnet?

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

Welche der folgenden Thermoplaste sind oft opak?

<p>PVC (C), PE (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Art von Faserverstärkung gehört zu NFK?

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

Was charakterisiert die Eigenschaften von teilkristallinen Thermoplasten?

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

Welche Bindung ermöglicht es, Kugelhalbschalen effektiv zu drapieren?

<p>Köperbindung (A)</p> Signup and view all the answers

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

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

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

<p>Gelege (A)</p> Signup and view all the answers

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

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

In welchem Winkelbereich können Faserorientierungen in Gelegen realisiert werden?

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

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

<p>Gelege (B), Non Crimped Fabrics (NCF) (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Aspekt ist nicht mit der Drapierbarkeit von Geweben verbunden?

<p>Die verwendete Faserfarbe (B)</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 (A)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Verbundwerkstoff

Ein Verbundwerkstoff besteht aus mindestens zwei verschiedenen Materialien, die miteinander kombiniert werden, um verbesserte Eigenschaften zu erzielen.

Matrix im Verbundwerkstoff

Die Matrix ist die umhüllende Substanz, die die Fasern umgibt und zusammenhält. Sie ist entscheidend für die Formgebung und die Festigkeit des Verbunds.

Fasern im Verbundwerkstoff

Die Fasern sind das Verstärkungsmaterial des Verbunds. Sie verleihen ihm Festigkeit und Steifigkeit.

Grenzschicht im Verbundwerkstoff

Die Grenzschicht ist die dünne Schnittstelle zwischen Fasern und Matrix. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Kräften zwischen den beiden Komponenten.

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Anisotropie von Verbundwerkstoffen

Die mechanischen Eigenschaften des Verbundmaterials sind in eine bestimmte Richtung ausgeprägt, z.B. hohe Zugfestigkeit in Faserrichtung.

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Isotropie von Verbundwerkstoffen

Die mechanischen Eigenschaften des Verbundmaterials sind in allen Richtungen gleich, z.B. eine gleichmässige Verteilung der Festigkeit.

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Anpassung von Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe können durch die besondere Anordnung und Kombination der Materialien gezielt für bestimmte Anwendungen angepasst werden

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Verträglichkeit von Materialien im Verbund

Die Verträglichkeit der Materialien ist wichtig für die langfristige Stabilität des Verbunds.

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Kurzfaserverstärkung

Kurzfaserverstärkung ist ein Verfahren, bei dem kurze Fasern (0,3-2 mm) in eine Kunststoffmatrix eingebettet werden. Die Fasern verbessern die mechanischen Eigenschaften des Materials, wie z.B. Steifigkeit und Festigkeit.

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Welche Fasern werden bei Kurzfaserverstärkung verwendet?

Bei Kurzfaserverstärkung werden häufig Glasfasern, Kohlefasern oder Naturfasern verwendet.

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Wofür eignet sich Kurzfaserverstärkung?

Kurzfaserverstärkung eignet sich besonders gut für die Herstellung von Kleinbauteilen, die mechanisch belastet werden.

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Wie sind die Fasern in Kurzfaserverstärkung orientiert?

Die Fasern in Kurzfaserverstärkung haben eine zufällige Orientierung und werden durch den Spritzguss-Prozess in der Matrix verteilt.

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Langfaserverstärkung

Langfaserverstärkung umfasst Verfahren wie GMT, LFT, SMC und BMC, bei denen längere Fasern (5-50 mm) in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind.

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Wofür eignet sich Langfaserverstärkung?

Langfaserverstärkung eignet sich gut für die Herstellung von grossen und mittleren Bauteilen, wie z.B. Unterbodenbauteilen oder Hang-on-Bauteilen.

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Wie sind die Fasern in Langfaserverstärkung orientiert?

Die Fasern in Langfaserverstärkung werden durch einen Fliesspressvorgang in der Ebene orientiert, was zu einer hohen Festigkeit in der Ebene führt.

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Welche Matrizen werden bei Kurz- und Langfaserverstärkung verwendet?

Sowohl Kurz- als auch Langfaserverstärkung werden in der Regel mit Duroplasten oder Thermoplasten als Matrizen verwendet.

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Was ist Stahlbeton?

Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff, der aus Beton und Stahl besteht. Beton ist stark im Druck, aber schwach im Zug. Stahl ist stark im Zug. Stahlbeton kombiniert die Stärken beider Materialien.

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Wie werden Stahl und Beton im Stahlbeton kombiniert?

Im Stahlbeton werden Stahlstäbe in den Beton eingelegt, um den Zugkräften entgegenzuwirken. So wird der Beton stabiler und kann höhere Lasten tragen.

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Was sind natürliche Faserverbundwerkstoffe?

Natürliche Faserverbundwerkstoffe sind Materialien, die aus natürlichen Fasern bestehen, wie z.B. Holz, Knochen oder Papier. Sie werden oft mit anderen Materialien kombiniert, um bessere Eigenschaften zu erzielen.

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Wie wird Holz zu einem Faserverbundwerkstoff?

Holz ist ein natürlicher Faserverbundwerkstoff, der aus Zellulosefasern und einer Ligninmatrix besteht. Diese Kombination verleiht Holz seine Festigkeit und Flexibilität.

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Was sind Verbundwerkstoffe?

Verbundwerkstoffe werden hergestellt, indem man zwei oder mehr verschiedene Materialien kombiniert, um neue Eigenschaften zu erzielen. Diese Materialien können unterschiedliche Eigenschaften haben, wie z.B. Festigkeit, Flexibilität oder Steifigkeit.

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Was ist eine Matrix im Verbundwerkstoff?

Die Matrix ist die umhüllende Substanz, die die Fasern im Verbundwerkstoff umgibt und zusammenhält.

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Was sind Fasern in einem Verbundwerkstoff?

Fasern sind das Verstärkungsmaterial im Verbundwerkstoff, das für die Festigkeit und Steifigkeit sorgt.

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Wie kann man Verbundwerkstoffe optimieren?

Durch die Kombination verschiedener Materialien und ihre Anordnung können die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen gezielt angepasst werden.

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Was ist CFK?

CFK (Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) ist ein Verbundwerkstoff, der aus Kohlenstofffasern besteht, die in einer Polymermatrix eingebettet sind.

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Was ist GFK?

GFK (Glasfaser verstärkter Kunststoff) ähnlich wie CFK, aber mit Glasfasern anstelle von Kohlenstofffasern.

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Was ist die Matrix in einem Verbundwerkstoff?

Die Matrix hält die Fasern des Verbundwerkstoffs zusammen und sorgt für seine Formgebung und Festigkeit. Sie kann aus verschiedenen Materialien bestehen, wie z.B. Epoxidharz oder Polyester.

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Was sind die Fasern in einem Verbundwerkstoff?

Die Fasern des Verbundwerkstoffs geben ihm seine Festigkeit und Steifigkeit. Es gibt verschiedene Arten von Fasern, z.B. Kohlenstoff-, Glas- und Aramidfasern.

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Was ist der Composite-Anteil?

Der Composite-Anteil beschreibt den Anteil des Verbundwerkstoffs am Gesamtgewicht des Flugzeuges. Ein höherer Composite-Anteil bedeutet, dass das Flugzeug leichter ist und weniger Treibstoff benötigt.

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Was ist Aluminium?

Aluminium ist ein Leichtmetall, das in vielen Flugzeugen verwendet wird. Es ist leicht, korrosionsbeständig und relativ kostengünstig.

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Was ist Titan?

Titan ist ein starkes, leichtes und korrosionsbeständiges Metall, das in kritischen Bauteilen von Flugzeugen verwendet wird.

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Was ist Al-Lithium?

Al-Lithium ist eine Legierung aus Aluminium und Lithium. Sie ist leichter als Aluminium, aber teurerer und schwieriger zu verarbeiten.

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Drapierbarkeit von Geweben

Die Fähigkeit eines Gewebes, sich in Falten zu legen und zu drapierien. Dies hängt von der Art der Bindung der Fasern ab.

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Leinwandbindung

Eine Webtechnik, bei der die Fäden in einem Wechsel von Unter- und Oberfäden miteinander verflochten werden.

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Köperbindung

Eine Webtechnik, bei der die Fäden diagonal übereinander verlaufen und eine diagonale Struktur erzeugen.

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Drapierbarkeit von Köperbindungen

Köperbindung ermöglicht es Geweben, sich in drei Dimensionen zu formen, z.B. als Kugelhalbschalen.

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Gelege

Ein Gewebe, bei dem die Fasern in Bündeln abgelegt werden, ohne dass diese onduliert sind.

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Vorzüge von Gelegen

Gelege ermöglichen eine optimale Ausnutzung der mechanischen Eigenschaften der Fasern.

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Faserorientierung in Gelegen

Gelege bieten vielfältige Möglichkeiten für die Faserorientierung, z.B. von -20° bis +60°.

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Non Crimped Fabrics (NCF)

Gelege, die aus nicht gekräuselten Fasern bestehen, werden auch als Non Crimped Fabrics (NCF) bezeichnet.

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Was sind Faserverbundwerkstoffe?

Faserverbundwerkstoffe (FVW) sind Materialien, die aus mindestens zwei verschiedenen Komponenten bestehen: Fasern und eine Matrix. Die Fasern verstärken die Matrix und verleihen ihr zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit. Die Matrix umschließt die Fasern und hält sie zusammen.

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Was ist ein FVK?

FVK steht für Faserverbundkunststoff. Es ist eine spezielle Art von Faserverbundwerkstoff, bei der die Matrix aus Kunststoff besteht.

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Was sind amorphe Thermoplaste?

Amorphe Thermoplaste sind Kunststoffe, deren Moleküle ungeordnet sind und sich wie ein Knäuel verhalten. Diese Kunststoffe sind plastisch verformbar, schmelzbar und löslich. Beispiele sind PC, PMMA, PS und PVC.

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Was sind teilkristalline Thermoplaste?

Teilkristalline Thermoplaste sind Kunststoffe, deren Moleküle teilweise geordnet sind. Sie sind plastisch verformbar, schmelzbar und weitgehend löslich. Beispiele sind PA, PE, PBT, PET, POM und PP.

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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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Description

Dieser Quiz behandelt die grundlegenden Funktionen und Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen. Es werden wichtige Aspekte wie die Rolle der Matrix, die Eigenschaften von Laminate und die Unterschiede zwischen isotropen und anisotropen Verbunden besprochen. Testen Sie Ihr Wissen über die verschiedenen Arten von Verstärkungen und ihre Anwendungen.

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