Faserverbundwerkstoffe Grundlagen PDF

Faserverbundwerkstoffe Grundlagen OST Ostschweizer Fachhochschule...

Faserverbundwerkstoffe Grundlagen OST Ostschweizer Fachhochschule Prof. Dr. Markus Henne Prof. Dr. Gion A. Barandun Inhalte & Ziele Inhalt: 1. Definitionen und Abgrenzung 2. Bestandteile: Matrix, Faser 3. Aufbau, Struktur und Eigenschaften 4. Markt, aktuelle Trends und typische Anwendungen 5. Thermo- und duroplastische Matrixtypen 6. Verstärkungsfasern und deren Herstellungsprozesse 7. Übersicht über die Faserhalbzeuge Ziel: Teilnehmer kennt die Bestandteile und den Aufbau von Faserverbundwerkstoffen, sowie deren Anwendungsgebiete. Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 1  1. Entwicklung der Werkstoffgruppen NANO COMPOSITES 1. Definition Definition aus Wikipedia: 1. Ein Faserverbundwerkstoff ist ein aus im Allgemeinen zwei Hauptkomponenten (einer bettenden Matrix sowie verstärkenden Fasern) bestehender Mehrphasen- oder Mischwerkstoff. 2. Durch gegenseitige Wechselwirkungen der beiden Komponenten erhält dieser Werkstoff höherwertige Eigenschaften als jede der beiden einzeln beteiligten Komponenten. IVW Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 2  2. Verbund aus zwei Werkstoffen Mechanische Eigenschaften und Funktionen im Verbund hervorragend in gering sehr gut Faserrichtung isotrop anisotrop isotrop / anisotrop Aufnahme aller Zug-/ Fixierung der Faser in Laminate können aus Druckkräfte der gewünschten beliebigen und Bestimmend für Steifig-/ Geometrie unterschiedlichen Festigkeit Übertragung der Kräfte Werkstoffen bestehen Stützung bei Die Werkstoffe müssen Druckbelastung zueinander verträglich sein Schutz vor (Haftung, Korrosion, Umgebungsmedien Wärmeausdehungs- verhalten, …) 3. Funktionen des Verbundes Matrix: Die Matrix gibt dem Faserverbundwerkstoff sein Aussehen. Sowohl der Farbe als auch der Oberflächenstruktur sind kaum Grenzen gesetzt. In mechanischer Hinsicht muss sie die verstärkenden Fasern in ihrer Position halten und Spannungen zwischen ihnen übertragen und verteilen. In Bezug auf die Dauerhaftigkeit hat sie die Aufgabe, die Fasern vor äusseren mechanischen und chemischen Einflüssen zu schützen. Faser: Die Fasern geben dem Faserverbundwerkstoff die notwendige Festigkeit. Neben der Zugfestigkeit kann, falls der Werkstoff auf Druck beansprucht wird, auch die Biegefestigkeit eine Rolle spielen. Grenzschicht Die Grenzschicht dient der Spannungsübertragung zwischen den beiden Komponenten. Sie überträgt ausschliesslich Schub über die Klebehaftung. Die Fasern werden vor dem ersten Kontakt mit der Matrix mit einem Kopplungsmittel beschichtet, welches chemisch mit beiden Komponenten reagieren kann und einen möglichst ununterbrochenen Übergang garantiert. Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 3  3. Einfluss der Verstärkung 500 Glasfaser @ 20°C B = 1500 N/mm2 Zugspannung  [N/mm2 400 Polyesterharz mit 60% Glasfasergewebe 300 200 Polyesterharz mit 40% Glasfasermatte 100 Polyesterharz 0 1 2 3 4 5 Dehnung  3. Übersicht: Länge der Verstärkungsfasern Strukturbauteile ? gerichtet Endlos, Prepreg- Wickeln RTM Autoklav Infusion Pultrusion Langfaser / Matten Hand- SMC, GMT laminieren BMC Extrusion geschnitten Kurzfaser Giessen Spritzguss bis 1’000 1’000 – 10’000 ab 10’000 Stückzahl Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 4  3. Partikelverstärkung Eckwerte Prozess: Füllmasse Matrix: Zement, Epoxidmatrix Füllstoff: Keramische Partikel, nicht orientiert Partikelgrösse: 0.2 m bis wenige cm Partikelanteil: ca. 75% Steifigkeitsbereich: NA Festigkeitsbereich: NA Bauteile: Beton, Komposit Zahnfüllung Bemerkung: Hohe Druckfestigkeit Hohe Verschleissfestigkeit / Langlebigkeit / Widerstandsfähigkeit Einfache Verarbeitbarkeit 3. Kurzfaserverstärkung Eckwerte Prozess: Spritzguss Matrix: Duro- / Thermoplast Faser: Glas-, Kohle- und Naturfasern Faserlänge: Kurzfasern geschnitten 0.3 – 2mm Faservolumengehalt: bis 60% Steifigkeitsbereich: bis 20 GPa Festigkeitsbereich: bis 220 MPa Bauteile: Mech. belastete Kleinbauteile Bemerkung: Orientierung der Fasern im Fliessvorgang Beispiel: EMS PPA Grivory 5H (als Metallersatz!) Geeignet für hohe Stückzahlen (tiefe Zykluszeit, relativ geringe Materialkosten, automatisierbar) Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 5  3. Langfaserverstärkung Eckwerte: Sitzschale Fiat 500 Prozess: GMT, LFT, SMC, BMC Matrix: Duro- /Thermoplast Faser: vor allem Glas-, aber auch Kohlefasern Faserlänge: Langfasern geschnitten 5 - 50mm / Matten Faservolumengehalt: bis 60% Steifigkeitsbereich: bis 30 GPa Festigkeitsbereich: max. 350 MPa Produkte: Unterbodenbauteile, Hang-on Bauteile Bemerkung: Orientierung der Fasern in der Ebene durch Fliesspressvorgang Beispiel: PP-GF, UP-GF Polynt Geeignet für mittlere und grosse Stückzahlen (rel. tiefe Zykluszeit, geringe Materialkosten, automatisierbar) 3. Orientierte Endlosfaserverstärkung Eckwerte: Tennisracket Wilson Prozess: Prepreg-Autoklav, Infusionsprozesse Matrix: Duroplast, selten Thermoplast Faser: Glas-, Kohle- und Aramidfasern Faserlänge: Langfasern orientiert (Gewebe, Gelege) Faservolumengehalt: bis 60% Steifigkeitsbereich: bis 380 GPa Festigkeitsbereich: bis 2200 MPa Produkte: Strukturbauteile Sport, Flugzeug- und Fahrzeugbau Bemerkung: Bezeichnung: Faserverbundwerkstoffe, Composites Kostenintensiv (Investitionen, viel Handarbeit, Qualitätssicherung) Geeignet für kleine und mittlere Stückzahlen Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 6  4. Beispiele von Faserverbundwerkstoffen  Verbesserte Materialeigenschaften Haarverstärkter Lehm – Rezept (www.werkburg.de) ca. 45% Lehm (mit 25% Schamotte 0 - 0.5mm) 40% frischer Pferdemist 10% Sand 5% vorwiegend kurzen (ca. 3cm) Pferdehaaren Ein wenig Wasser 4. Strohverstärkte Backsteine vs. Beton Leichtlehm ist nach DIN 18 953 (Vornorm 1956), Blatt 1, ein Baustoff, der nicht mehr Baulehm enthält, als zum Umhüllen und Verkleben leichter organischer oder mineralischer Zuschlagstoffe notwendig ist. Als organische Zuschlagstoffe sind alle Arten Stroh von Getreide, Raps, Mohn, Unkräutern und Gräsern verwendbar. Stahlbeton, ein künstlicher Baustoff im Stahlbetonbau, ist ein Verbundwerkstoff aus den beiden Komponenten Beton und Bewehrungsstahl. Beton hat im Vergleich zur Druckfestigkeit nur eine Zugfestigkeit von etwa 10 %. Stahl besitzt dagegen eine hohe Zugfestigkeit. Das Tragprinzip beim Baustoff Stahlbeton ist es daher, auf Zug beanspruchte Stellen eines Bauteils mit Stahl zu verstärken. Burj Khalifa, Dubai Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 7  4. Natürliche Faserverbundwerkstoffe...Knochen,Papier... Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, IFAM 4. Natürliche Faserverbunde: Holz Pilatus Montagehalle www.holzbautechnik.ch Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 8  4. Grundlagen Durch Bildung eines Verbundwerkstoffs mit einem Kunststoff als Matrix unter Beigabe einer geeigneten Füll- oder Zusatzkomponente in Partikel- oder Faserform können die resultierenden Eigenschaften des Werkstoffs in weiten Grenzen variiert werden. 4. Anwendnung von Faserverbunden Beschleunigte Komponenten www.wilson.com Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 9  4. McLaren MP4 4. Kosten und Anwendungen in Kohlefaser Kosten [log $/kg] Verbrauch [1’000 to] Raumfahrt 1000 150 Sport Energie 100 Industrie Defense 75 10 Luftfahrt Automobil 1970 1980 1990 2000 2010 Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 10  4. Weltmarktanteil FVK 4. Warum FVK? Beispiel Leitwerk A320 Gewichtsreduktion von über 20% gegenüber Aluminium- Version Verbessertes Ermüdungs- und Korrosionsverhalten Vergleichbare Herstellkosten, da die Anzahl der Teile von 2’000 auf 96 reduziert werden konnte. Integral- anstatt Differenzialbauweise. Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 11  4. Beispiel Airbus A380 Spannweite = 79,8 m Länge = 73 m Höhe = 24,1 m Leergewicht = 277 to. Compositeanteil ca. 22% CFK => 5,3 to. 4. Neue Generation von Verkehrsflugzeugen Neue Generation von Verkehrsflugzeugen Airbus A350 und Boeing 787 Compositeanteil A310 = ca. 4% A320 = ca. 15% A340 = ca. 17 (20)% A380 = ca. 22% A350 = ca. 39% neu > 50%, da Rumpf ebenfalls CFK CFK Aluminium Compositeanteil GFK Titan Boeing 767 = ca. 3% Al-Lithium Boeing 777 = ca.12% AL-Li / CFK Boeing 787 = ca. 50% Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 12  4. Boeing 787 „Dreamliner“ Rumpfsegmente aus CFK 5. Bezeichnungen Aufbau: – Matrix: Die oft (!) nach Masse, Volumen oder Dicke überwiegende Komponente. Die Matrix gewährleistet den Zusammenhalt der Struktur. – Verstärkende Phase: Eingebettet in die Matrix. Sie soll die Eigenschaften der Verbundes verbessern oder sogar erst hervorrufen. Bezeichnung der Verbundwerkstoffe: 1. Werkstoff und Form der verstärkenden Phase 2. Nachgestellter Name der Matrix – FVW: Faserverbundwerkstoff (als Oberbegriff) – FVK: Faserverbundkunststoff (FVK mit Kunststoffmatrix) – GFK: Kunststoff mit Glasfaser-Verstärkung (G-Fasern) – CFK: Kunststoff mit Kohlenstofffaser-Verstärkung (C-Fasern) – AFK: Kunststoff mit Aramidfaser-Verstärkung (A-Fasern) – SFK: Kunststoff mit Synthesefaser-Verstärkung (z. Aramid, PE...) – NFK: Kunststoff mit Naturfaser-Verstärkung (z.B. Flachs, Sisal...) Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 13  5. Grundlagen Kunststoffe Amorphe Thermoplaste Polymere mit geknäuelten Fadenmolekülen; Eigenschaften: plastisch verformbar, schmelzbar, löslich, transparent und meist spröde Beispiele: PC, PMMA, PS, PVC Teilkristalline Thermoplaste Polymere mit teilweise geordneten Fadenmoleküle Eigenschaften: plastisch verformbar, schmelzbar, weitgehend löslich, häufig opak und zäh‐hart Beispiele: PA, PE, PBT, PET, POM, PP 5. Grundlagen Kunststoffe Elastomere Polymere mit weitmaschigen Raumnetzmoleküle Eigenschaften: chemisch vernetzt, elastisch stark verformbar, plastisch unverformbar, unschmelzbar und unlöslich Beispiele: NBR, CR, EPDM, FPM, BR; NR Vernetzungsstellen Duroplaste Polymere mit engmaschigen Raumnetzmoleküle Eigenschaften: elastisch nur gering verformbar, plastisch unverformbar, unlöslich, unschmelzbar, meist sehr hart und spröde Beispiele: EP, UP, MF, PF, PI Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 14  [DLR Stuttgart] 5. Matrixwerkstoffe Ungesättigte Polyesterharze (UP) (1.5€/kg): Leicht verarbeitbar, gute physikalische Eigenschaften, kostengünstig Epoxidharze (EP) (15€/kg): Geringe Schwindung bei der Härtung, gute Adhäsion gegenüber andern Materialien, hohe statische und dynamische mechanische Eigenschaften. Weitere Harze: für spezielle Anforderungen, z.B. bei hoher thermischer Beanspruchung: Vinylesterharz (VE), Phenolharz (PF), Melaminharz (MF), Polyimidharz (PI), Siliconharz, Thermoplaste Thermoplaste: In amorpher und teilkristalliner Form mit Kurz- oder Langfasern oder sphärischen Partikeln sowie für grossflächige Bauteile mit Glasmatten. Harz Dichte Zugfestigkeit Bruchdehnung E-Modul [g/cm3] [N/mm2] [%] [N/mm2] UP 1.2 40 - 70 1.5 - 4 3500 EP 1.2 70 - 90 3-6 3500 VE 1.1 75 - 85 3-7 3500 PI 1.4 75 - 100 1.4 – 2.5 3000 Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 15  6. Faserwerkstoffe: Glasfasern (1/2) Glasfasern und andere anorganische Synthesefasern Mengenmässig wichtigste- und preisgünstigste Verstärkungsfasern Isotropes Verhalten Aufgrund von chemischer Zusammensetzung und Eigenschafts- bzw. Eignungsprofil werden primär unterschieden: C-Glas: chemisch beständig D-Glas: dielektrisch hochwertig E-Glas: elektrisch hochwertig, i.a. alkalifrei (1€/kg) M-Glas : hochsteif (hoher Modul) R-Glas: hochfestes Glas (Resistance) S-Glas: hochfestes Glas (Strength) Andere, bei FVK seltener verwendete anorganische Synthesefasern sind z.B. solche aus Basaltfasern Bor Bornitrid usw. 6. Faserwerkstoffe: Kohlefasern (1/3) Kohlenstofffasern Teuer (ab 15€/kg Roving) anisotropes Verhalten für extreme Anforderungen an Festigkeit bzw. Steifigkeit Typische Eigenschaften von HT-Kohlenstofffasern Dichte 1,8 g/cm³ Filamentdurchmesser 6 µm Zugfestigkeit 3530 N/mm² Zug-E-Modul 230 Gpa Bruchdehnung 1,5 % Aufgrund des Eigenschaftsprofils werden unterschieden: HT –High Tenacity 6µm dicke Kohlenstoff-Faser im Vergleich zu einem 50 µm IM – Intermediate Modulus dicken Menschenhaar HM – High Modulus UM – Ultra Modulus UHM – Ultra High Modulus UMS – Ultra Modulus Strength HMS – High Modulus Strength Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 16  6. Faserwerkstoffe: Synthesefasern Organische Synthesefasern teuer z.T. hochgradig anisotropes Verhalten für spezielle Anforderungen wie z.B. hohe Zähigkeit Die gebräuchlichsten und bekanntesten Werkstoffe sind: Aramid (z.B. Kevlar, Twaron) Polyacrylnitril Polyamid (z.B. Dyneema) Polyester Polyethylen Struktur von Aramidfasern 6. Faserwerkstoffe: Naturfasern Naturfasern hygroskopisch (ohne besondere Behandlung) anisotropes Verhalten derzeit noch Nischenprodukte für spezielle Anwendungen Wichtigste natürliche Faserwerkstoffe sind u.a.: Flachs Hanf Jute Sisal GMT Unterboden mit Abaca-Fasern Verschiedene naturfaserverstärkte Bauteile Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 17  6. Naturfasern für Automobilanwendungen 6. Eigenschaften verschiedener Fasern Werkstoff Dichte Zug- E-Modul Lineare Reisslänge festigkeit Steifigkeit Dehngrenze [gr./cm3] [Gpa] [Gpa] [%] [km] Stahl 7.8 1.8 – 2.2 210 1.4 – 1.7 max. 30 Aluminium 2.5 max. 0.7 70 NA 28 Magnesium 1.75 0.26 42 NA 15 Titan 4.5 bis 1.2 105 NA 26 Glasfaser 2.6 1.8 – 3.0 72 - 83 2-3 70 - 120 Kohlefaser 1.7 – 1.9 2.4 – 7.0 230 - 700 0.5 – 2.3 150 - 380 Aramidfaser 1.4 – 1.5 2.5 – 3.5 60 -130 2.0- 4.0 180 - 240 Dyneema 0.97 max. 3.2 ca. 95 NA 330 Baumwolle ca. 1.5 0.75 9 10 50 Flachs ca. 1.5 bis 0.85 bis 25 1.4 – 4.0 60 Jute ca. 1.5 0.32 27 2.5 25 Ramie ca. 1.5 bis 0.90 bis 24 2.5 max. 61 Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 18  6. Fasern und Fäden Filament: Elementarfaser Stapelfasern bestehen aus parallel liegenden Fasern endlicher Länge Spinnfäden bestehen aus den Filamenten Durch Verdrehen der Spinnfäden (10 bis 40 Drehungen pro Meter) entstehen Filamentgarne. Hybridgarne bestehen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Fasermaterialien. Rovings sind Stränge von parallel nebeneinander liegenden, nicht verdrehten Spinnfäden. Zwirn besteht aus zwei oder mehreren einfachen oder gefachten Garnen. 7. Verstärkungsarten Die Halbzeuge können auch nach der Dimension der Verstärkungswirkung eingeteilt werden. Je nach Belastungszustand im Bauteil können.. … einachsige Verstärkung (Unidirektional, UD) … zweiachsige Verstärkung (Bidirektional, BD) … dreiachsige Verstärkung vorgesehen werden. 1D Abhängig davon, wie die Fasern angeordnet sind, resultiert eine anisotrope oder quasi-isotrope Verstärkung des Bauteils www.albint.com 3D 2D Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 19  7. Matten und Vliese Wirrfasermatten sind die am meisten verarbeiteten textilen Halbzeuge, die in grossem Umfang vor allem bei GMT- und SMC-Halbzeugen (Fliesspressprozesse, siehe unten) eingesetzt werden. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Harzinjektionsprozesse, da Wirrfasermatten leicht zu imprägnieren sind. Es wird grundsätzlich zwischen geschnittenen und endlosen Fasern und deren Ausrichtung unterschieden. Bei vernadelten Vliesen ist ein Teil der Fasern in Dickenrichtung ausgerichtet. 7. Matten Bei der Herstellung von chemisch fixierten Matten werden Fasern, welche mit einer entsprechenden Schlichte versehen sind, durch zwei Walzen geführt und mäanderförmig auf einem Faserbett abgelegt. Das Faserbett durchläuft einen Ofen, in dem die Schlichte thermisch aktiviert wird. Im anschliessenden Walzvorgang werden die Wirrfasern auf eine definierte Dicke gewalzt. Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 20  7. 2D Gewebe Verstärkungsfasern können mit konventioneller Webtechnik zu flächigen Halbzeugen verarbeitet werden. Es kommen verschiedene Webarten zum Einsatz, wobei die Webart je nach Anforderung des Einsatzgebietes und der zu verarbeitenden Fasertype ausgewählt werden muss. 7. Verstärkungssysteme: Gewebe Textile Verstärkungssysteme sind im allgemeinen zweidimensional, d.h. flächig angeordnet. Für spezielle Anwendungen werden aber auch dreidimensionale Verstärkungsgebilde hergestellt, wie z. B. sphärische Gewebe, Abstandsgewebe, Abstandsgewirke, kartesisch-räumliche Geflechte usw. In Geweben werden Rovings rechtwinklig zueinander verwoben Kette und Schuss – Mischgewebe Kette Webkante Schuss Wichtigste Gewebearten: Leinwandbindung: einfache Grundbindung, relativ steif, gut dimensionsstabil Köperbindung: geringere Fadenablenkung, gut drapierbar Atlasbindung (auch: Satin): Hohe Drapierbarkeit Dreherbindung Panamabindung Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 21  7. Gewebe: Drapierbarkeit Einfluss der Bindung auf das Drapierverhalten Leinwandbindung Köperbindung 7. 2D Gewebe: Drapierbarkeit Wie man in den Abbildungen unten sieht, lassen sich mit einer Köperbindung Kugelhalbschalen drapieren. Das die Faserlänge on 0° und 90° Richtung konstant bleibt, wird das ursprünglich rechteckig zugeschnittene Gewebe stark tailliert. 0°/90° Glasfasergewebe 0°/90° Kohle/Aramid-Hybridgewebe Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 22  7. Gelege Gegenüber den Geweben zeichnen sich Gelege durch die beim Ablegen nicht ondulierten Faserbündel aus. Dementsprechend ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften der Verstärkungsfasern optimal auszunutzen, da diese direkt in Faserrichtung belastet werden können. Gelege bieten darüber hinaus neue Möglichkeiten bei der Realisierung unterschiedlicher Faserorientierungen (-20 bis +60° relativ zur Produktionsrichtung). Die Anzahl der abgelegten Lagen richtet sich nach der Anzahl der zur Verfügung stehenden Legeeinrichtungen. Es entstehen sogenannte Non Crimped Fabrics NCF. www.wela-handelsgesellschaft.de 7. Gelege: Gelegeherstellung Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 23  7. Weitere Verstärkungssysteme Gelege sind textile Flächengebilde, die durch Aufeinanderlegen von Fadensystemen Bei den Geflechten werden beide Fadensysteme unter einem bestimmten Winkel gegenüber der Abzugsrichtung des Herstellungsprozesses miteinander verflochten Gestricke werden durch Maschenbildung (Schlaufen) aus einem oder mehreren Fäden bzw. Fadensystemen erzeugt Gewirke entstehen wie Gestricke durch die Bildung von Maschen, die sich gegenseitig halten Matten und Vliese sind Flächengebilde aus ungeordnet übereinander liegenden Fasern 7. Übersicht über die textilen Halbzeuge Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 24  Quellen Buch Weissbach: Werkstoffkunde Vorlesung ETHZ, Prof. Dr. Paolo Ermanni: Composite Technologien Vorlesung RWTH Aachen, Prof. Dr. Th. Gries: Bionik R&G Handbuch Faserverbundwerkstoffe Internet, u.a. Wikipedia Diese Präsentation ist Unterrichtsmaterial für HSLU-Studierende. Eine Veröffentlichung oder Weiterleitung (PDF, Video, etc.) – auch nur auszugsweise – ist nur mit schriftlicher Genehmigung der Autoren erlaubt. 25