Faserverbund-Kunststoffe (eBook)

Werkstoffe - Verarbeitung - Eigenschaften

Gottfried Wilhelm Ehrenstein (Autor)

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2018 | 2. Auflage
328 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
9783446457546 (ISBN)

Infos

Die Natur kombiniert ständig verschiedenartige Materialien zu Werkstoff-Verbunden, um verbesserte Eigenschaften und Synergieeffekte zu erzielen. Im Bereich der Werkstofftechnik ist dies bei der innovativsten Werkstoffgruppe, den Faserverbund-Kunststoffen, am ehesten gelungen und am weitesten fortgeschritten. Aus einzelnen Komponenten, den hochfesten Fasern und der Matrix, wird ein Werkstoff konstruiert, der erst während seiner Verarbeitung endgültig entsteht. Die erfolgreiche Optimierung setzt vertiefte Kenntnisse der Eigenschaften der Komponenten und deren Zusammenwirken voraus. Das Ziel einer Anwendung muss ebenso im Auge behalten werden wie mögliche Einflüsse während der Verarbeitung und das besondere Verhalten beim Einsatz des fertigen Bauteils. Das Buch umfasst daher die werkstoffkundlichen und mechanischen Grundlagen der Faserverbund-Kunststoffe, die Eigenschaften der Einzelkomponenten und deren Zusammenwirken, die Verarbeitungstechnik und Prozessabläufe sowie eine Einführung in die Auslegung von Bauteilen. Dies wird in logischer, fachübergreifender und verständlicher Darstellung vermittelt. Inhalt: - Verstärkungsfasern - Matrix - Fasern im Verbund - Verarbeitung - Mechanische Prüfung - Auslegung von Mehrschichtverbunden

Prof. em. Dr.-Ing. habil Dr. h.c. Gottfried Wilhelm Ehrenstein hat nach einem humanistischen Abitur an der Technischen Hochschule Hannover Allgemeinen Maschinenbau studiert. Nach der Promotion arbeitete er 10 Jahre in der Anwendungstechnischen Abteilung Kunststoffe der BASF AG und war gleichzeitig Lehrbeauftragter und nach der Habilitation 1976 Privatdozent der Fakultät für Maschinenbau der Universität Karlsruhe (TH, Prof. Macherauch). Von 1977 bis 1989 war er Inhaber des Lehrstuhls für Werkstoffkunde/Kunststoffe der Universität-Gesamthochschule Kassel, ab 1989 Professor für Kunststofftechnik des neu eingerichteten Lehrstuhls der Universität Erlangen-Nürnberg.

Inhalt

VORWORT ZUR 2. AUFLAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS 9
Normen und Richtlinien im Text 15
Weitere Normen und Richtlinien 19
Liste der verwendeten Formelzeichen 23
Liste der verwendeten Abkürzungen 27
1 VORBEMERKUNGEN 33
1.1 Besonderheiten 33
1.2 Wirtschaftliche Entwicklung 37
1.3 Besonderheiten der FVK als Konstruktionswerkstoff 39
1.3.1 Allgemeine Hinweise 39
1.3.2 Luftfahrt 42
1.3.3 Maschinenbau 44
1.4 Historische Entwicklung 46
1.5 Bezeichnungen 48
2 VERSTÄRKUNGSFASERN 51
2.1 Glasfasern 51
2.2 Aramidfasern 62
2.3 Kohlenstoff-Fasern 68
2.4 Naturfasern 74
2.5 Fasern im Vergleich 75
3 MATRIX 82
3.1 Aufgabe der Matrix und die Matrixarten 82
3.2 Reaktionsharze 84
3.2.1 Ungesättigtes Polyesterharz (UP-Harz) 86
3.2.2 Vinylesterharz (VE-Harz) 92
3.2.3 Epoxidharz (EP-Harz) 95
3.2.4 Phenolharze (PF-Harz) 100
3.3 Merkmale der Härtung von Reaktionsharzen 104
3.3.1 Exothermie, Viskositätserhöhung und Volumenveränderung 104
3.3.2 Darstellung des Härtungsvorgangs im TTT-Diagramm 109
3.3.3 Aushärtung und Aushärtegrad 112
3.4 Thermoplaste 121
3.4.1 Kurzfaserverstärkte Thermoplaste 123
3.4.2 Langfaserverstärkte Thermoplaste 124
3.5 Faser-Matrix-Haftung 128
3.5.1 Textilglasfasern 128
3.5.2 Kohlenstoff-Fasern 134
3.5.3 Aramidfasern 134
3.5.4 Naturfasern 134
Zusammenfassung (Kap. 3.5) 134
4 FASERN IM VERBUND 135
4.1 Bedingungen für die Verstärkungswirkung (nach Puck) 135
4.2 Beanspruchung in Richtung der Fasern 135
4.2.1 Endlose Fasern 135
4.2.2 Kurze Fasern 143
4.3 Beanspruchung senkrecht zur Faser 155
4.3.1 Dehnungsvergrößerung und Querrißbildung 155
4.3.2 Quer-Elastizitäts-Modul der Faser 159
4.3.3 Schubbeanspruchung parallel und senkrecht zur Faser 160
4.4 Interlaminare Rißzähigkeit 162
4.5 Thermische Eigenschaften 164
4.6 Wirkung der Faserverstärkung 167
4.6.1 Das "Knie" im Spannungs-Dehnungs-Diagramm 167
4.6.2 Festigkeit 169
4.6.3 Steifigkeit (E-Modul) 173
4.6.4 Versagensverhalten 175
5 VERARBEITUNG 180
5.1 Verarbeitung von Halbzeug 180
5.1.1 Halbzeuge mit duroplastischer Matrix 180
5.1.2 Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix 192
5.2 Verarbeitung von faserverstärkten Reaktions-(Gieß-)harzen 194
5.2.1 Manuelle Verfahren 194
5.2.2 Teilautomatisierte/ -mechanisierte Verfahren 195
5.2.3 Vollautomatisierte Verarbeitungs-Verfahren 199
5.2.4 Kontinuierliche Verfahren 207
5.2.5 Sonderverfahren 208
5.2.6 Feinschichten 210
5.3 Verarbeiten von Verbunden mit thermoplastischer Matrix 211
5.3.1 GMT-Herstellung 212
5.3.2 LFT 216
5.4 Spezielle Verarbeitungsverfahren für Epoxidharze 220
5.4.1 Elektrotechnik 220
5.4.2 Elektronik 223
5.4.3 Fertigungsmittelbau 226
5.5 Nachbearbeiten 229
5.5.1 Spanende Bearbeitung 229
5.5.2 Lackieren von SMC-Formteilen 231
5.6 Recycling 233
5.6.1 Stoffliche Wiederverwertung 234
5.6.2 Verbrennung 235
5.6.3 Chemische Verwertung 236
5.6.4 Organisation 236
5.7 Arbeits- und Gesundheitsschutz 237
5.7.1 Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) 237
5.7.2 Biologischer Grenzwert 238
5.7.3 Einzelne Komponenten 238
6 MECHANISCHE PRÜFUNG 241
6.1 Besonderheiten des Verformungsverhaltens der UD-Schicht 241
6.1.1 Rißbildung 241
6.1.2 Orthotrope Laminate 244
6.2 Statische Belastung des Laminates 245
6.2.1 Zug 247
6.2.2 Zug der UD-Schicht (NOL-Ring) 248
6.2.3 Druck 249
6.2.4 Schub 250
6.2.5 Biegung 254
6.3 Statisches Langzeit-Verhalten 256
6.4 Dynamische Belastung 258
6.4.1 Wöhlerkurven 260
6.4.2 Hysteresis-Meßverfahren 263
6.5 Prüfung 271
6.5.1 Herstellung und Vorbehandlung der Probekörper 271
6.5.2 Anzahl der Probekörper 272
6.5.3 Bestimmung des Fasergehaltes 275
7 AUSLEGUNG VON MEHRSCHICHTVERBUNDEN 278
7.1 Einzelschicht (ES) 279
7.1.1 Hookesches Gesetz bei ebenem Spannungszustand 280
7.1.2 Unidirektional verstärkte Schicht (UD-Schicht) 282
7.1.3 Wärmeausdehnungskoeffizient der UD-Schicht 285
7.1.4 Richtungsabhängigkeit der UD-Schicht-Kenngrößen 286
7.2 Klassische Laminattheorie 289
7.3 Ausgeglichener Winkelverbund (AWV) 291
7.3.1 Wärmeausdehnungskoeffizienten des ausgeglichenen Winkelverbundes (AWV) 294
7.3.2 Kreuzverbund (KV) 296
7.4 Gewebeschicht 299
7.5 Wirrfaserschicht 300
7.5.1 Steifigkeit 300
7.5.2 Wärmeausdehnungskoeffizient der Wirrfaserschicht 301
7.6 Festigkeitsprobleme bei Mehrschichtverbunden 302
7.6.1 Festigkeit einer UD-Schicht 302
7.6.2 Schichtenweise Analyse von Mehrschichtverbunden 308
7.6.3 Eigenspannungen in Mehrschichtverbunden 309
8 TABELLEN 314
9 LITERATUR 317
10 STICHWORTVERZEICHNIS 322

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 10.9.2018
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Chemie
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: Faserverbundwerkstoffe • Kunststoffe • Werkstofftechnik
• ISBN-13: 9783446457546 / 9783446457546