Ehrenstein Faserverbund-Kunststoffe

Werkstoffe - Verarbeitung - Eigenschaften
2. vollständig überarbeitete Auflage 2018
ISBN: 978-3-446-45754-6
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 298 Seiten

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

Autoren/Hrsg.

Ehrenstein, Gottfried Wilhelm

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Verfahrenstechnik | Chemieingenieurwesen | Biotechnologie Technologie der Kunststoffe und Polymere
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde

Inhaltsverzeichnis

1;VORWORT ZUR 2. AUFLAGE;7
2;INHALTSVERZEICHNIS;9
3;Normen und Richtlinien im Text;15
4;Weitere Normen und Richtlinien;19
5;Liste der verwendeten Formelzeichen;23
6;Liste der verwendeten Abkürzungen;27
7;1 VORBEMERKUNGEN;33
7.1;1.1 Besonderheiten;33
7.2;1.2 Wirtschaftliche Entwicklung;37
7.3;1.3 Besonderheiten der FVK als Konstruktionswerkstoff;39
7.3.1;1.3.1 Allgemeine Hinweise;39
7.3.2;1.3.2 Luftfahrt;42
7.3.3;1.3.3 Maschinenbau;44
7.4;1.4 Historische Entwicklung;46
7.5;1.5 Bezeichnungen;48
8;2 VERSTÄRKUNGSFASERN;51
8.1;2.1 Glasfasern;51
8.2;2.2 Aramidfasern;62
8.3;2.3 Kohlenstoff-Fasern;68
8.4;2.4 Naturfasern;74
8.5;2.5 Fasern im Vergleich;75
9;3 MATRIX;82
9.1;3.1 Aufgabe der Matrix und die Matrixarten;82
9.2;3.2 Reaktionsharze;84
9.2.1;3.2.1 Ungesättigtes Polyesterharz (UP-Harz);86
9.2.2;3.2.2 Vinylesterharz (VE-Harz);92
9.2.3;3.2.3 Epoxidharz (EP-Harz);95
9.2.4;3.2.4 Phenolharze (PF-Harz);100
9.3;3.3 Merkmale der Härtung von Reaktionsharzen;104
9.3.1;3.3.1 Exothermie, Viskositätserhöhung und Volumenveränderung;104
9.3.2;3.3.2 Darstellung des Härtungsvorgangs im TTT-Diagramm;109
9.3.3;3.3.3 Aushärtung und Aushärtegrad;112
9.4;3.4 Thermoplaste;121
9.4.1;3.4.1 Kurzfaserverstärkte Thermoplaste;123
9.4.2;3.4.2 Langfaserverstärkte Thermoplaste;124
9.5;3.5 Faser-Matrix-Haftung;128
9.5.1;3.5.1 Textilglasfasern;128
9.5.2;3.5.2 Kohlenstoff-Fasern;134
9.5.3;3.5.3 Aramidfasern;134
9.5.4;3.5.4 Naturfasern;134
9.5.5;Zusammenfassung (Kap. 3.5);134
10;4 FASERN IM VERBUND;135
10.1;4.1 Bedingungen für die Verstärkungswirkung (nach Puck);135
10.2;4.2 Beanspruchung in Richtung der Fasern;135
10.2.1;4.2.1 Endlose Fasern;135
10.2.2;4.2.2 Kurze Fasern;143
10.3;4.3 Beanspruchung senkrecht zur Faser;155
10.3.1;4.3.1 Dehnungsvergrößerung und Querrißbildung;155
10.3.2;4.3.2 Quer-Elastizitäts-Modul der Faser;159
10.3.3;4.3.3 Schubbeanspruchung parallel und senkrecht zur Faser;160
10.4;4.4 Interlaminare Rißzähigkeit;162
10.5;4.5 Thermische Eigenschaften;164
10.6;4.6 Wirkung der Faserverstärkung;167
10.6.1;4.6.1 Das "Knie" im Spannungs-Dehnungs-Diagramm;167
10.6.2;4.6.2 Festigkeit;169
10.6.3;4.6.3 Steifigkeit (E-Modul);173
10.6.4;4.6.4 Versagensverhalten;175
11;5 VERARBEITUNG;180
11.1;5.1 Verarbeitung von Halbzeug;180
11.1.1;5.1.1 Halbzeuge mit duroplastischer Matrix;180
11.1.2;5.1.2 Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix;192
11.2;5.2 Verarbeitung von faserverstärkten Reaktions-(Gieß-)harzen;194
11.2.1;5.2.1 Manuelle Verfahren;194
11.2.2;5.2.2 Teilautomatisierte/ -mechanisierte Verfahren;195
11.2.3;5.2.3 Vollautomatisierte Verarbeitungs-Verfahren;199
11.2.4;5.2.4 Kontinuierliche Verfahren;207
11.2.5;5.2.5 Sonderverfahren;208
11.2.6;5.2.6 Feinschichten;210
11.3;5.3 Verarbeiten von Verbunden mit thermoplastischer Matrix;211
11.3.1;5.3.1 GMT-Herstellung;212
11.3.2;5.3.2 LFT;216
11.4;5.4 Spezielle Verarbeitungsverfahren für Epoxidharze;220
11.4.1;5.4.1 Elektrotechnik;220
11.4.2;5.4.2 Elektronik;223
11.4.3;5.4.3 Fertigungsmittelbau;226
11.5;5.5 Nachbearbeiten;229
11.5.1;5.5.1 Spanende Bearbeitung;229
11.5.2;5.5.2 Lackieren von SMC-Formteilen;231
11.6;5.6 Recycling;233
11.6.1;5.6.1 Stoffliche Wiederverwertung;234
11.6.2;5.6.2 Verbrennung;235
11.6.3;5.6.3 Chemische Verwertung;236
11.6.4;5.6.4 Organisation;236
11.7;5.7 Arbeits- und Gesundheitsschutz;237
11.7.1;5.7.1 Arbeitsplatzgrenzwert (AGW);237
11.7.2;5.7.2 Biologischer Grenzwert;238
11.7.3;5.7.3 Einzelne Komponenten;238
12;6 MECHANISCHE PRÜFUNG;241
12.1;6.1 Besonderheiten des Verformungsverhaltens der UD-Schicht;241
12.1.1;6.1.1 Rißbildung;241
12.1.2;6.1.2 Orthotrope Laminate;244
12.2;6.2 Statische Belastung des Laminates;245
12.2.1;6.2.1 Zug;247
12.2.2;6.2.2 Zug der UD-Schicht (NOL-Ring);248
12.2.3;6.2.3 Druck;249
12.2.4;6.2.4 Schub;250
12.2.5;6.2.5 Biegung;254
12.3;6.3 Statisches Langzeit-Verhalten;256
12.4;6.4 Dynamische Belastung;258
12.4.1;6.4.1 Wöhlerkurven;260
12.4.2;6.4.2 Hysteresis-Meßverfahren;263
12.5;6.5 Prüfung;271
12.5.1;6.5.1 Herstellung und Vorbehandlung der Probekörper;271
12.5.2;6.5.2 Anzahl der Probekörper;272
12.5.3;6.5.3 Bestimmung des Fasergehaltes;275
13;7 AUSLEGUNG VON MEHRSCHICHTVERBUNDEN;278
13.1;7.1 Einzelschicht (ES);279
13.1.1;7.1.1 Hookesches Gesetz bei ebenem Spannungszustand;280
13.1.2;7.1.2 Unidirektional verstärkte Schicht (UD-Schicht);282
13.1.3;7.1.3 Wärmeausdehnungskoeffizient der UD-Schicht;285
13.1.4;7.1.4 Richtungsabhängigkeit der UD-Schicht-Kenngrößen;286
13.2;7.2 Klassische Laminattheorie;289
13.3;7.3 Ausgeglichener Winkelverbund (AWV);291
13.3.1;7.3.1 Wärmeausdehnungskoeffizienten des ausgeglichenen Winkelverbundes (AWV);294
13.3.2;7.3.2 Kreuzverbund (KV);296
13.4;7.4 Gewebeschicht;299
13.5;7.5 Wirrfaserschicht;300
13.5.1;7.5.1 Steifigkeit;300
13.5.2;7.5.2 Wärmeausdehnungskoeffizient der Wirrfaserschicht;301
13.6;7.6 Festigkeitsprobleme bei Mehrschichtverbunden;302
13.6.1;7.6.1 Festigkeit einer UD-Schicht;302
13.6.2;7.6.2 Schichtenweise Analyse von Mehrschichtverbunden;308
13.6.3;7.6.3 Eigenspannungen in Mehrschichtverbunden;309
14;8 TABELLEN;314
15;9 LITERATUR;317
16;10 STICHWORTVERZEICHNIS;322

Leseproben

- Verstärkungsfasern
- Matrix
- Fasern im Verbund
- Verarbeitung
- Mechanische Prüfung
- Auslegung von Mehrschichtverbunden

Über Autor(innen)

Ehrenstein, Gottfried Wilhelm
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.