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Faserverstärkte Verbundwerkstoffe
Eine Faser hat eine höhere Festigkeit als das gleiche Material in anderer Form. Je dünner die
Faser ist, umso größer wird ihre Festigkeit. Die Faseroberfläche ist in der Regel mit funktio-
nellen Gruppen versehen, die mit der Matrix physikalische oder chemische Bindungen einge-
hen kann. Die Matrix fixiert die Faser und schützt sie vor Druckbelastungen und vor Umwelt-
einflüssen. In faserverstärkten Verbundwerkstoffen wird die Leistungsfähigkeit wesentlich
durch die Haftfestigkeit der Matrix auf der Faseroberfläche bestimmt
5 .Da die Fasern sehr
dünn sind und der Fasergehalt oft sehr hoch ist, ist die Grenzfläche zwischen Matrix und Fa-
ser sehr groß. Sie ist für die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe ebenso wichtig, wie die
Komponenten selbst.
Besonders Eigenschaften wie niedriges Gewicht, hohe Verwindungssteifheit und große Stabi-
lität werden in den faserverstärkten Kunststoffen in einem Material vereint.
Viele Sportgeräte wie z.B. Tennisschläger, Boote, Fahrradrahmen u.ä. werden heute aus Ver-
bundwerkstoffen gefertigt. Häufig eingesetzt werden Glasfasern, Aramidfasern oder Karbon-
fasern, die mit einem Epoxid-Härter als Matrix verbunden sind (siehe auch Versuch 6).
Glasfasern sind, historisch gesehen, die erste Faserart. Die industrielle Fertigung erfolgt seit
1910. Sie besitzen eine hohe Festigkeit und ein hohes spezifisches Gewicht im Vergleich zu
Kohlenstofffasern und Aramidfasern. Im Sport werden sie vor allem wegen ihrer hohen
Bruchdehnung in Stabhochsprungstäben eingesetzt.
6Aramid ist ein aromatisches Polyamid. Die Fasern sind unter dem Handelsnamen Kevlar be-
kannt. Sie besitzen gute Schlagbeanspruchung und hohes Energieaufnahmevermögen. Im
Sport werden sie bevorzugt in Sportgeräten eingesetzt, die oft stoßartigen Belastungen ausge-
setzt werden, wie z.B.: Tennisschläger, Surfbretter und Skier.
Karbonfasern wurden schon 1880 durch Pyrolyse von Baumwolle hergestellt. 1961 erzeugte
der Japaner Shindo durch Pyrolyse von Polyacrylnitrilfasern Kohlenstofffasern mit hervorra-
genden Festigkeitseigenschaften.
7Seitdem haben Kohlenstofffasern wegen ihrer hohen Fes-
tigkeit und ihrer relativ geringen Dichte zunehmend Bedeutung beim Bau von Sportgeräten
gefunden. Verursacht durch ihre günstigen gewichtsbezogenen Eigenschaften, werden sie
unter anderem in Skier, Fahrradrahmen und Tennisschlägern verwendet.
Tabelle 1: Sportkleidung
Produkt
Material
Funktion
Strukturformel
Sportsocken
CoolMax
8Polyester
Durch eine Vier-
kanalfaser
wird
Feuchtigkeit nach
Außen geleitet
C O
O
R
2
R
1
Funktionsklei-
dung
9Gore-Tex
Perforierte
Tef-
lonmembrane
CF
2
CF
2
CF
2
CF
2
CF
2
CF
2
CF
2
.
.
5
Heißler, H.: Verstärkungsfasern in Hochleistungs-Verbundwerkstoffen, In Gummi:, Fasern, Kunststoffe 40 Jg.,
Heft 4 Stuttgart, 1987, S.182-184
6
Michaeli, W.; Wegener, M.: Einführung in die Technologie der Faserverbundwerkstoffe, Münschen, 1990,
S.58
7
Bukatsch, F.; Glöckner W.: Experimentelle Schulchemie, Band 9 Organische Chemie 3, Aulis Deubner & Co
Kg, Köln ,1997, SS 65-67
8
Lidl Stiftung & Co.KG., 74167 Neckarsulm
9
gore-tex tchnologies Fachhandel Info, W.L. Gore &Associates GmbH Aiblinger Straße 60, D-Feldkirchen-
Westerham
www.gore-tex.com