Eigenschaften von GFK-Verbundwerkstoffen
Die einzigartigen mechanischen Eigenschaften faserverstärkter Polymere
A. & F. Michler/Photolibrary/Getty Images
Verbundwerkstoffe aus faserverstärktem Polymer (FRP) werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Ihre mechanischen Eigenschaften bieten dem Produkt, zu dem sie geformt werden, einzigartige Vorteile. GFK-Verbundwerkstoffe besitzen überlegene mechanische Eigenschaften, darunter:
- Schlagfestigkeit
- Stärke
- Steifheit
- Flexibilität
- Fähigkeit, Lasten zu tragen
Beim Entwerfen von Produkten aus GFK-Materialien verwenden Ingenieure eine ausgeklügelte Software für Verbundwerkstoffe, die die bekannten Eigenschaften des Verbundwerkstoffs berechnet. Typische Tests zur Messung der mechanischen Eigenschaften von FRP-Verbundwerkstoffen umfassen:
- Schersteifigkeit
- Zug
- Flexibler Modul
- Einfluss
Komponenten von FRP-Verbundwerkstoffen
Die beiden Hauptkomponenten eines FRP-Verbundmaterials sind Harz und Verstärkung. Ein gehärtetes duroplastisches Harz ohne jegliche Verstärkung ist in Natur und Aussehen glasartig, aber oft sehr spröde. Durch Zugabe einer Verstärkungsfaser wie z Kohlefaser B. Glas oder Aramid, werden die Eigenschaften erheblich verbessert.
Außerdem kann ein Verbundstoff mit Verstärkungsfaser anisotrope Eigenschaften haben. Das heißt, der Verbundstoff kann so konstruiert werden, dass er je nach Ausrichtung der Faserverstärkung unterschiedliche Eigenschaften in verschiedenen Richtungen aufweist.
Aluminium, Stahl und andere Metalle haben isotrope Eigenschaften, d. h. gleiche Festigkeit in alle Richtungen. Ein Verbundmaterial mit anisotropen Eigenschaften kann eine zusätzliche Verstärkung in Spannungsrichtung aufweisen, wodurch effizientere Strukturen bei geringerem Gewicht geschaffen werden können.
Beispielsweise ein pultrudierter Stab mit allen Glasfaser eine Verstärkung in der gleichen parallelen Richtung könnte eine Zugfestigkeit von mehr als 150.000 PSI haben. Während eine Rute mit der gleichen Fläche aus zufällig geschnittenen Fasern nur eine Zugfestigkeit von etwa 15.000 PSI hätte.
Ein weiterer Unterschied zwischen GFK-Verbundwerkstoffen und Metallen ist die Reaktion auf Stöße. Wenn Metalle Stöße erhalten, können sie nachgeben oder verbeulen. Während GFK-Verbundwerkstoffe keine Streckgrenze haben und nicht verbeulen.