Faserverbundwerkstoffe
Sie gehören zur Kategorie der Verbundwerkstoffe, welche aus den verstärkenden Fasern sowie einer bettenden Matrix (dem Füll- und Klebstoff zwischen den Fasern) bestehen. Durch gegenseitige Wechselwirkungen der Einzelkomponenten erhält der Gesamtwerkstoff höherwertige Eigenschaften als Faser und Matrix alleine.
Die hohen spezifischen Festigkeiten der verstärkenden Fasern beispielsweise wären ohne einen geeigneten Matrixwerkstoff nicht direkt nutzbar. Als Verbund durch entsprechende Kombination mit einer geeigneten Matrix resultieren Werkstoffe, welche deutliche Vorteile in der Anwendung bieten. Technische Eigenschaften der Verbundwerkstoffe hängen dabei unter anderem zugleich von Faserwinkel, Volumenanteil oder Schichtreihenfolge ab.
Welche Faser?
Als technisch relevante Fasern kommen vor allem Glas-, Kohle-, oder Aramidfasern zum Einsatz. Da die Einzelfasern für die Herstellung von Faserverbunde schwer zu handhaben sind, werden ähnlich der Textiltechnik Endlosfasern zu Halbzeugen wie z.B. Gewebe, Geflechte, oder Matten zusammengefasst.
Welche Matrix
Als Matrixwerkstoff kommen grundlegend thermo- oder duroplastische Kunststoffe zum Einsatz, wie Polyester, Epoxid, PA (Polyamid), PEEK (Polyetheretherketon) oder PEI (Polyetherimid). Bei der Differenzierung liegt der Fokus überwiegend auf den technologischen Eigenschaften wie den geforderten Festigkeitswerten, der Verarbeitung sowie Anwendung. Thermoplastische Faserverbunde können beispielsweise mehrfach verformt werden, hingegen weisen duroplastische Faserverbunde höhere Steifigkeitswerte auf.
Glasfaser
Glasfasern sind aufgrund des günstigen Preis-/Leistungsverhältnisses und ihrer weitverbreiteten Verwendung in der Elektroindustrie (PCB printed circuitboards, Leiterplatinen) die bis heute meist verwendete Verstärkungsfaser. Glasfasern werden vor allem aufgrund der chemischen Beständigkeit sowie deren dielektrischen Eigenschaft eingesetzt. Häufig kommen auch weitere Glasfasertypen zum Einsatz, wenn vor allem eine höhere mechanische Festigkeit oder Temperaturverträglichkeit gefordert wird.
Aus Glasfasern gewonnene Verbundwerkstoffe und Halbzeuge werden häufig auch Fiberglas oder GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) genannt.
Aramidfaser
Aramidfasern haben, ähnlich wie Kohlefasern, einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Faser-richtung, werden also bei Erwärmung kürzer und dicker. Ihre spezifische Festigkeit und ihr Elastizitätsmodul sind deutlich niedriger als jene von Kohlefasern. In Verbindung mit dem positiven Ausdehnungs-koeffizienten der Matrix lassen sich hoch maßhaltige Bauteile fertigen. Gegenüber kohlefaserverstärkten Kunststoffen ist die Druckfestigkeit von Aramidfaser-Verbundwerkstoffen deutlich geringer; die Schlag-zähigkeit aber wesentlich höher. Technische Verwendung finden diese Eigenschaften vor allem dann, wenn ein hohes Energieabsorptionsvermögen gefordert wird.
Aus Aramidfasern gewonnene Verbundwerkstoffe und Halbzeuge werden häufig auch AFK (aramidfaserverstärkter Kunststoff) genannt.