V94 Bestimmung des Faservolumengehalts

Zusammenfassung

In Faserverbundwerkstoffen (FVW) übernehmen die Komponenten Fasern und Kunststoffmatrix jeweils spezifische Funktionen. Die Fasern (F) gewährleisten die Zugfestigkeit und Steifigkeit in der Faserrichtung; häufig wird dabei auch die Anisotropie der mechanischen Eigenschaften der Fasern ausgenutzt. Der Matrix (M) kommen drei Aufgaben zu: sie gewährleistet den Kraftfluss im Verbund, indem sie Spannungen von Faser zu Faser überträgt. Weiterhin stützt die Matrix die an sich biegeschlaffe Faser bei Druckbelastung gegen Ausknicken. Schließlich schützt die Matrix die eingebettete Faser vor äußeren Umwelteinflüssen [SCH007].

Am Modell eines Faserverbundelements (Abb. 94.1) und unter Berücksichtigung der inneren Funktionsteilung werden die wesentlichen Einflüsse auf die mechanische Leistungsfähigkeit eines Faserverbundwerkstoffes deutlich. Es sind:

• die jeweiligen (mechanischen) Eigenschaften der Fasern und der Matrix,

• das mengenmäßige Verhältnis zwischen Fasern und Matrix,

• die Orientierung der eingebetteten Fasern und

• die Gewährleistung der Haftung zwischen Faser und Matrix unter Last.

Zur Beschreibung des mengenmäßigen Verhältnisses wird der „Faservolumengehalt“ (FVG, engl.: Fibre Volume Content) definiert, der in %_Vol angegeben wird:

$$ \text{FVG} = V_{\text{F}}/V_{\text{FVW}}.$$

(94.1)

Unter der Annahme, dass im Faserverbundwerkstoff keine weiteren Komponenten, z. B. ungewollte Lufteinschlüsse, vorhanden sind, führt dies zur Vereinfachung:

$$ \text{FVG} = V_{\text{F}}/(V_{\text{F}}+V_{\text{M}}).$$

(94.2 )