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 |