Verstärkungen
Unter den diversen verfügbaren Verstärkungsfasern sind die am häufigsten verwendeten Glas- und Karbonfasern. Diese Fasern werden entweder unidirektional (UD) oder quer zum zu produzierenden Verbundmaterial ausgerichtet.
Die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs werden weitgehend durch die gewählte Verstärkung, die Ausrichtung dieser Fasern und den Gesamtgehalt der verwendeten Faser (im Verhältnis zur Matrix) bestimmt.
Verstärkungsfasern können die Form eines Roving oder Tow (ein einziger durchgehender Faserstrang), von Matten und unidirektionalen oder multiaxialen Geweben aufweisen.
Karbon- oder Graphitfasern
Heute wird Karbonfaser häufig zur Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit eingesetzt.
Exel nutz in seiner Fertigung eine Reihe von Karbonfasern. Unter anderem hochfeste (HS), hochmodulige (HM), PAN- und ultrahochmodulige (UHM) Karbonfasern.
Unsere Karbonfaserprodukte bieten in der Regel die folgenden Vorteile:
- Geringes Gewicht (80 % leichter als Stahl und 45 % leichter als Aluminium)
- Extrem hohe Festigkeit (Zugfestigkeit bis 3000 MPa), hohe spezifische Festigkeit
- Extrem hohe Steifigkeit (E 80-400+ GPa), hohe spezifische Steifigkeit
- Sehr niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
- Geringer Wartungsaufwand
- Wetterfestigkeit
- Geringe Wasseraufnahme
- Gute Ermüdungs- und Kriecheigenschaften
- Hohe Schwingungsdämpfung
Unsere pultrudierten Karbonfaserprofile weisen beispielsweise eine viel höhere Festigkeit als Stahl, ein geringeres Gewicht als Aluminium und eine höhere Steifigkeit als Stahl (Steifigkeitsbereich 100-400+ GPa) auf.
Typische Eigenschaften von Karbonfasern:
| Typ | Dichte | Zugfestigkeit | Zugmodul |
| [kg/dm3] | [Gpa] | [Gpa] | |
| HS1 | 1.75 | 3.31 | 228 |
| HS2 | 1.80 | 5.0 | 248 |
| IM | 1.74 | 4.50 | 296 |
| HM1 | 1.81 | 2.41 | 393 |
| HM2 | 1.96 | 1.52 | 483 |
| UHM | 2.15 | 2.24 | 724 |
Glasfasern
Glasfasern sind das am häufigsten verwendete Verstärkungsmaterial in der Pultrusion- und Pullwinding-Industrie. Glasfaser wird als Verstärkungsmaterial für viele Polymerprodukte verwendet; das dabei erzeugte Verbundmaterial, das als faserverstärktes Polymer (FRP) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) bekannt ist, wird häufig auch als „Fiberglas“ bezeichnet. Glasfasern entstehen, wenn dünne Stränge von auf Siliciumdioxid oder einer anderen Formulierung basierendem Glas zu vielen Fasern mit kleinen Durchmessern extrudiert werden, die für die Textilverarbeitung geeignet sind.
Glasfaser hat gute Zug-, Druck- und Schlageigenschaften. Wir betrachten GFK als ein Hochleistungsmaterial.
| Spezifisches Gewicht | Zugfestigkeit | Zugmodul | Wärmeausdehnungskoeffizient | |
| [Mpa] | [Gpa] | 10-6/K | ||
| E-glass | 2.58 | 3 450 | 72.5 | 5.0 |
| ECR-glass | 2.62 | 3 625 | 72.5 | 5.0 |
| S-glass | 2.48 | 4 590 | 86.0 | 5.6 |
Typische Eigenschaften von GFK-Profilen und -Rohren sind
- Geringes Gewicht (75 % leichter als Stahl und 30 % leichter als Aluminium)
- Sehr gute spezifische Festigkeit
- Sehr gute spezifische Steifigkeit
- Geringer Wärmeausdehnungskoeffizient
- Wärmedämmung
- Nicht magnetisch
- Gute chemische Beständigkeit
- Geringer Wartungsaufwand
- Wetterfest
- Geringe Wasseraufnahme (hoher Fasergehalt)
- Kostengünstig
Exel verwendet Glasfasern in verschiedenen Formen:
- Roving
- Gewebtes Roving
- Matten
- In Kombinationen aus Rovings, Matten und gewebten Rovings.
Aramidfasern
Aramidfasern haben eine geringe Dichte (1,45 kg/dm3) und eine hohe Zugfestigkeit. Aramidfasern haben sehr gute Schlagzähigkeitseigenschaften und werden in antiballistischen Anwendungen eingesetzt. In dieser Tabelle werden die Eigenschaften von pultrudierten Aramid-, Glas- und Karbonprofilen verglichen.
| Faser | Einheit | Karbon | Glas | Aramid |
| Dichte | [kg/dm3] | 1.5-1.6 | 1.9-2.0 | 1.3 |
| Zugmodul | [Gpa] | 80-400+ | 38-45 | 70-75 |
| Zugfestigkeit | [Mpa] | 1500-3000+ | 800-1200 | 800-1500 |