Eigenschaften von GFK-Verbundwerkstoffen

Faserverstärkte Polymer (FRP) -Komposite werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Ihre mechanischen Eigenschaften verleihen dem Produkt, zu dem sie geformt wurden, einzigartige Vorteile. GFK-Verbundwerkstoffe besitzen überlegene mechanische Eigenschaften, einschließlich:

• 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 eines bestimmten Verbundwerkstoffs berechnet. Typische Tests zur Messung der mechanischen Eigenschaften von GFK-Verbundwerkstoffen umfassen:

• Schersteifigkeit
• Zugfestigkeit
• Flexibler Modul
• Einschlag

Komponenten von GFK-Verbundwerkstoffen

Die zwei Hauptkomponenten eines GFK-Verbundmaterials sind Harz und Verstärkung. Ein ausgehärtetes duroplastisches Harz ohne jegliche Verstärkung ist von Natur und Aussehen glasartig, aber oft sehr spröde. Durch die Zugabe einer Verstärkungsfaser wie Kohlefaser, Glas oder Aramid werden die Eigenschaften erheblich verbessert.

Zusätzlich kann ein Verbundstoff mit Verstärkungsfasern anisotrope Eigenschaften aufweisen. Das heißt, der Verbundstoff kann so konstruiert werden, dass er je nach Ausrichtung der Faserverstärkung unterschiedliche Eigenschaften in unterschiedliche Richtungen aufweist.

Aluminium, Stahl und andere Metalle haben isotrope Eigenschaften, dh gleiche Festigkeit in alle Richtungen. Ein Verbundwerkstoff mit anisotropen Eigenschaften kann eine zusätzliche Verstärkung in Spannungsrichtung aufweisen, wodurch effizientere Strukturen bei geringeren Gewichten erzeugt werden können.

Beispielsweise könnte eine pultrudierte Stange mit einer Glasfaserverstärkung in der gleichen parallelen Richtung eine Zugfestigkeit von mehr als 150.000 PSI aufweisen. Während ein Stab mit der gleichen Fläche von zufällig geschnittenen Fasern nur eine Zugfestigkeit um 15.000 PSI haben würde.

Ein weiterer Unterschied zwischen GFK-Verbundwerkstoffen und Metallen besteht in der Reaktion auf Stöße. Wenn Metalle Stößen ausgesetzt werden, können sie nachgeben oder eingebeult werden. FRP-Verbundwerkstoffe haben zwar keine Streckgrenze und werden nicht eingebeult.