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Faser und Matrix im Verbundwerkstoff - Wer hat welche Aufgabe?

aktualisiert am 08.09.2015 von Mark Opitz

Die hervorragenden Leichtbaueigenschaften von Faserverbundwerkstoffen werden durch eine Aufgabenteilung von Faser und Matrix möglich.
Die spannende Frage dabei ist: Wer macht eigentlich was?

Faserverbundsystem bestehend aus Faser und Matrix [Quelle: Mark Opitz]
Faserverbundsystem bestehend aus Faser und Matrix [Quelle: Mark Opitz]

Verfügbarkeit: Nicht auf Lager

Im Artikel Leichtbau mit Faserverbund-Kunststoffen - Wie geht das? Und wie hoch ist die Gewichtseinsparung? wurde über das besonders hohe Leichtbaupotential von Faserverbundwerkstoffen berichtet.
Das letztendliche Potential des Verbundes wird dabei durch die gegenseitige Eigenschaftsergänzung der Komponenten Faser und Matrix (Harzsystem) realisiert.

Folgende Aufgaben lassen sich für das Fasermaterial als Funktions-Komponente und das Matrixsystem als Stütz-Komponente zusammenfassen:

Aufgaben Faser:

  • Funktionskomponente
  • bildet Faserhalbzeug
  • liefert die Festigkeit des Faserverbundes durch sehr gute mechanische Eigenschaften in Faserlängsrichtung
  • überträgt (Zug-) Kräfte durch die Struktur

Aufgaben Matrix:

  • generiert äußere Gestalt (Formgebung)
  • Einleitung der Kräfte in die Fasern
  • Übertragung der Kräfte zwischen den Fasern (Schubkräften)
  • Stützung und Fixierung der Fasern
  • Schutz der Fasern vor äußeren Einflüssen

Abgeleitete Herausforderungen

Die Herausforderung bei der Bauteilauslegung ist es, die Fasern und die Matrix derart auszuwählen, dass drei Hauptziele erreicht werden:

  1. das Leichtbaupotential des entstehenden Verbundwerkstoffes optimal genutzt wird,
  2. Faser- und Harzmaterial optimal an Ihre Aufgaben im Einsatzszenario angepasst sind und
  3. zugleich eine kosteneffiziente Fertigung möglich ist.

Mark Opitz
Mark Opitz
13 Jahre
DLR Braunschweig
http://www.dlr.de/fa/
wissenschaftlicher Mitarbeiter
mark.opitz (at) dlr.de
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