Regeln für die Bauteilgestaltung mit CFK

- Fasern in Richtung der angreifenden Lasten
- Möglichst symmetrischer Lagenaufbau

- großflächige Krafteinleitung

FVW - Faserverbundwerkstoff, besteht aus (Harz)-Matrix und Verstärkungsfasern
GFK  - Glasfaserverstärkter Kunststoff
CFK  - Carbonfaserverstärkter Kunststoff (Kohlefaserkunststoff)
SFK  - Synthesefaserverstärkter Kunststoff (Aramid)
Matrix - Einbettungsmaterial für Verstärkungsfasern (meist Duroplaste, z.B. Epoxydharz).
Funktion der Matrix:
- formt das Bauteil
- leitet und überträgt auftretende Kräfte auf die Fasern
- schützt die Fasern
Laminat - (von lat. lamina = die Schicht)
Ein Laminat ist ein flächiges Produkt, das aus einem Verbund von Harz und Faser besteht, unabhängig von seiner Form und dem Fertigungszustand (feuchtes Laminat, ausgehärtetes Laminat).
unidirektional - Bedeuted "nur in eine Richtung".
Die Verstärkungsfasern verlaufen nur in eine Richtung.
bidirektional - Hier verlaufen die Fasern in zwei Richtungen, meist im Winkel von 0°/90°.
multidirektional - Faserverlauf in min. 3 Richtungen, meist 0°/90° und ± 45°
Anisotropie - Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften in verschiedene Richtungen,
bei FVW abhängig vom Faserverlauf (in Faserrichtung hohe Festigkeiten, quer dazu geringe).
Isotrope - Werkstoffe sind z.B. Metalle mit gleichen Eigenschaften in jede Richtung.


Quelle: http://www.swiss-composite.ch/pdf/i-FVW-Einfuehrung.pdf

Verbundwerkstoffe

Ein Verbundwerkstoff besteht aus mindestens zwei Materialien (nicht unbedingt Konstruktionsmaterialien), deren Eigenschaften zu einem Werkstoff mit hoher Festigkeit und Steifigkeit vereint sind. Im Bauwesen bedient man sich dieses Verfahrens seit Jahrtausenden. So wurden bereits Steinzeithütten aus Lehm und Stroh gebaut. Ein modernes Beispiel ist der Stahlbetonbau, bei dem die Armierung die Zugkräfte und der Beton die Druckkräfte aufnimmt.

Als moderne Verbundwerkstoffe haben sich vor allem faserverstärkte Kunststoffe bewährt. Dabei unterscheidet man mit kurzen und mit langen (kontinuierlichen) Fasern verstärkte Kunststoffe. Kurzfasrige Verstärkungen kommen vor allem beim Spritzguss bzw. Strangpressen von Kunststoffbauteilen zum Einsatz. Mit langen Fasern verstärkt man große Kunststoffelemente im Schiff-, Behälter- oder Flugzeugbau, bei WKA-Rotorblättern etc. Die Fasern nehmen Zug- und Druckbelastungen, der Kunststoff, die Matrix, Schubspannungen auf.

Kohlefaser im Vergleich zu einem menschlichen Haar 

Cfaser haarrp.jpg

Ein wesentlicher Vorteil von Verbundwerkstoffen ist die Gewichtsersparnis - beispielsweise gegenüber Stahl oder Aluminium. Zum einen sind die Ausgangsmaterialien leicht und mit spezifischen Eigenschaften versehen. Zum anderen lassen sich Verbundwerkstoffe von Anfang an auf den jeweiligen Anwendungszweck optimieren, also durch entsprechende Wahl von Materialkombination und Faseranordnung für bestimmte Belastungsarten konstruieren.

Darüber hinaus zeichnen sich faserverstärkte Kunststoffe gegenüber traditionellen Werkstoffen durch weitere Vorzüge aus - u.a. hohe Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit sowie elektrische und thermische Isolation. In so gut wie allen Branchen sind Verbundwerkstoffe auf dem Vormarsch. In den letzten Jahrzehnten haben sich ihre Vorzüge und hohe Haltbarkeit zunehmend bewährt und herumgesprochen. Gleichzeitig wurden sie durch vermehrte Forschung und Produktentwicklung ständig verbessert, so dass sie heute mit reduzierten und somit realistischeren Sicherheitsfaktoren noch gezielter eingesetzt werden können.


Quelle: http://www.fiberline.de/komposit/kompositter/verbundwerkstoffe