FAQ
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Kevlar
Kevlar®, die Aramidfaser (aromatisches Polyamid) der DuPont Gruppe. Kevlar® ist eine der stärksten Fasern, fünfmal stärker als Stahl bei gleichem Gewicht. Sie ist gelb und kann nicht eingefärbt werden und ist resistent gegen hohe Reibung und Temperaturen von -140°C bis 450°C. Es hat eine geringe Dichte und wird für kugelsichere Westen, Bremsbeläge, Sicherheitsausrüstung und pannensichere Reifen für Fahrräder verwendet.
Quelle: Mogens Birger Møller: Kevlar® in Den Store Danske, Gyldendal.
Aramid oder Aramidfasern
Aramidfasern, aromatische Polyamide, synthetische Fasern der dritten Generation wie Kevlar®, Nomex®, Typar und Tyvek, alle von DuPont.
Quelle: Mogens Birger Møller: Aramidfasern in Den Store Danske, Gyldendal.
Verbundwerkstoffe, einschließlich Kohlefaser
Als Verbundwerkstoffe werden heute hauptsächlich Materialien bezeichnet, die ein Bindemittel (Matrix) und ein meist verstärkendes Faser-, Partikel- oder schalenförmiges Material enthalten.
Die Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs werden durch die einzelnen Bestandteile (z.B. Matrix und Fasern) bestimmt, sind aber auch spezifisch für den Verbundwerkstoff. Das Matrixmaterial kann aus Metall, Keramik oder Kunststoff bestehen.
Verbundwerkstoffe auf Kunststoffbasis bestehen in der Regel aus kurzen oder durchgehenden, tragfähigen und oft sehr steifen Fasern, die in ein Polymermaterial eingebettet sind, das die Fasern miteinander verbindet und Zug- und Druckbelastungen auf die Fasern überträgt. Die Fasern können aus Glas, Bor auf einem Wolfram-Filamentkern, Graphit (Kohlenstoff) oder aromatischen Polyamiden (z.B. Kevlar®) bestehen. Wenn letztere verwendet werden (in der Regel in kontinuierlicher Form), werden sie als fortschrittliche Verbundwerkstoffe bezeichnet. Hier sind die Fasern in der Regel 50 Mal stärker und 20-150 Mal steifer als das Matrixpolymer. Wenn diese Fasern im Verbundwerkstoff miteinander verbunden sind, können sie mechanische Eigenschaften aufweisen, die denen der meisten Metalle entsprechen oder diese sogar übertreffen. Da die Fasern und die Matrix außerdem eine geringere Dichte als Metalle haben, weisen fortschrittliche Verbundwerkstoffe im Verhältnis zum Gewicht mechanische Eigenschaften auf, die deutlich über denen von Metallen liegen. Optimale Eigenschaften wie hohe spezifische Steifigkeit, hohe Festigkeit, geringe Wärmeausdehnung und Schwingungsdämpfung werden durch ein sorgfältiges Design erreicht, bei dem sich die Ausrichtung der Fasern in dünnen Schichten im gesamten Material abwechselt. Gleichzeitig ist eine gute und vollständige Bindung zwischen der Matrix und den einzelnen Fasern erforderlich. Das Matrixmaterial war früher überwiegend ein wärmehärtendes Harz; die jüngsten Entwicklungen gehen in Richtung hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Polymere.
Anwendung. Seit dem Zweiten Weltkrieg ist die Verwendung von Verbundwerkstoffen auf Kunststoffbasis auf dem Vormarsch. Kohlenstofffaser- und duroplastische Epoxid-Verbundwerkstoffe werden seit langem in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Militärindustrie für Anwendungen wie Satellitenschüsseln für Satelliten, Ladeluken für Space Shuttles und Heck- und Seitenruder in F-16-Kampfjets und dem Airbus A320 verwendet. Diese Komponenten werden aus einem so genannten Prepreg in Form von breiten, dünnen Bahnen aus unidirektionalen Endloskohlenstofffasern hergestellt, die zu einem Laminat mit unterschiedlichen Faserausrichtungen aufgebaut werden können. Das Laminat wird in eine Form gelegt, die entleert und dann unter Druck bei 150-200°C in einem Autoklaven ausgehärtet wird. Zylindrische und kugelförmige Formen sowie völlig flache, kleinere Teile können mit Wickeltechniken hergestellt werden. Ein Prepreg oder unimprägnierte (trockene) Fasern, die kontinuierlich mit Matrixmaterial gespeist werden, werden auf einen Dorn gewickelt und anschließend ausgehärtet. Auch im Sportsektor werden kohlenstoff- und kevlarfaserverstärkte Epoxidkunststoffe für Skier, Skistöcke, Kajaks, Badminton- und Tennisschläger verwendet. Was das Volumen betrifft, so sind faserverstärkte Kunststoffe auf der Basis von Glasfasern und ungesättigtem Polyester besonders wichtig für sehr große Strukturen wie Windkraftanlagen, Schiffsrümpfe, Öltanks und Leuchttürme.
Anwendungen in Flugzeugen. Die Luft- und Raumfahrtindustrie hat eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Verbundwerkstoffen gespielt, und heute werden die oben genannten Materialien in vielen verschiedenen Flugzeugteilen verwendet. Die berühmte de Havilland Mosquito aus dem Zweiten Weltkrieg. Sie war das erste einsatzfähige Flugzeug, das in großen Stückzahlen aus Verbundwerkstoffen gebaut wurde. Der Rumpf bestand aus zwei Lagen Sperrholz mit einer etwa 2 cm dicken Schicht Balsaholz dazwischen. Die Konstruktion war stabil und dennoch leicht. Später wurde die de Havilland Hornet entwickelt, bei der die Strukturplatten aus einem Laminat aus Balsaholz zwischen zwei verleimten Aluminiumblechen hergestellt wurden. In modernen Flugzeugen werden unter anderem Glas- oder Kohlefasermaterialien für die Paneele verwendet. Da es relativ einfach ist, Flugzeuge aus Verbundwerkstoffen zu bauen, sind diese Materialien im Amateurbau von Experimentalflugzeugen aller Formen und Größen weit verbreitet, und fast alle Segelflugzeuge werden heute aus Verbundwerkstoffen hergestellt.
Quelle: Fritz Krag, Søren Hvilsted: Verbundwerkstoffe in The Great Danish Newspaper, Gyldendal.
Polyäthylen
Polyethylen ist die am häufigsten verwendete Art von Kunststoff. Polyethylen gibt es in verschiedenen Geschmacksrichtungen mit sehr unterschiedlichen Anwendungen.
Polyethylen ist eine Art von Kunststoff, der entweder durch Hochdruck- oder Niederdruckpolymerisation des Gases Ethylen hergestellt wird und ein teilkristalliner Thermoplast ist. Er erscheint als trübes, leichtes, zähes, flexibles Material und hat eine Glasübergangstemperatur von -120°C.
Polyethylen hat eine ausgezeichnete Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine gute Beständigkeit gegen fast alle Lösungsmittel und andere Chemikalien. Zusammen mit Polypropylen (PP) wird es als Polyolefine bezeichnet.
Es ist die mengenmäßig am meisten verwendete Kunststoffart
Polyethylen gibt es in verschiedenen Geschmacksrichtungen. Von sehr flexiblen bis hin zu steiferen Typen. Die gebräuchlichsten Arten sind LDPE (Polyethylen niedriger Dichte – auch abgekürzt als PELD) und HDPE (Polyethylen hoher Dichte – auch abgekürzt als HDPE). LDPE ist zäher, aber weniger stark als HDPE und wird für Folien, Tragetaschen und Beschichtungen auf Karton (z.B. werden Milchtüten innen mit LDPE beschichtet), Wannen, Flaschen und Kabelisolierungen verwendet. HDPE ist viel formstabiler als LDPE und wird für Wasser- und Abflussrohre, Flaschen, Wannen, Eimer und Spielzeug verwendet.
Wie Sie sehen, hat die Dichte (auch bekannt als spezifisches Gewicht) einen großen Einfluss auf die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Polyethylenarten.
Polyethylen ist ein kettenpolymerisiertes Material. HDPE wird so polymerisiert, dass das Material aus linearen Molekülketten besteht, was ihm eine höhere Dichte verleiht als LDPE, das so polymerisiert wird, dass es verzweigte Molekülketten hat. Es ist das gleiche Phänomen, wie wenn Sie einen Gartenkorb mit Astabfällen füllen: Wenn Sie alle Seitentriebe der großen Äste abschneiden, passt viel mehr in den Korb, der dann schwerer wird.
Im Allgemeinen gilt: Je geringer die Dichte, desto weicher und flexibler ist das Polyethylen (z. B. LLDPE/LDPE für verschiedene Tüten). Umgekehrt gilt: Je höher die Dichte, desto robuster und steifer ist das Polyethylen (z. B. HDPE für Rohre oder Kisten, aber auch für diese knackigen, ultradünnen Einkaufstüten).
Quelle: Plastindustrien, plast.dk
