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E-Book

Faserverbund-Kunststoffe

Werkstoffe - Verarbeitung - Eigenschaften

AutorGottfried Wilhelm Ehrenstein
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2018
Seitenanzahl298 Seiten
ISBN9783446457546
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,99 EUR
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

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.

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Leseprobe
- Verstärkungsfasern
- Matrix
- Fasern im Verbund
- Verarbeitung
- Mechanische Prüfung
- Auslegung von Mehrschichtverbunden
Inhaltsverzeichnis
VORWORT ZUR 2. AUFLAGE7
INHALTSVERZEICHNIS9
Normen und Richtlinien im Text15
Weitere Normen und Richtlinien19
Liste der verwendeten Formelzeichen23
Liste der verwendeten Abkürzungen27
1 VORBEMERKUNGEN33
1.1 Besonderheiten33
1.2 Wirtschaftliche Entwicklung37
1.3 Besonderheiten der FVK als Konstruktionswerkstoff39
1.3.1 Allgemeine Hinweise39
1.3.2 Luftfahrt42
1.3.3 Maschinenbau44
1.4 Historische Entwicklung46
1.5 Bezeichnungen48
2 VERSTÄRKUNGSFASERN51
2.1 Glasfasern51
2.2 Aramidfasern62
2.3 Kohlenstoff-Fasern68
2.4 Naturfasern74
2.5 Fasern im Vergleich75
3 MATRIX82
3.1 Aufgabe der Matrix und die Matrixarten82
3.2 Reaktionsharze84
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 Reaktionsharzen104
3.3.1 Exothermie, Viskositätserhöhung und Volumenveränderung104
3.3.2 Darstellung des Härtungsvorgangs im TTT-Diagramm109
3.3.3 Aushärtung und Aushärtegrad112
3.4 Thermoplaste121
3.4.1 Kurzfaserverstärkte Thermoplaste123
3.4.2 Langfaserverstärkte Thermoplaste124
3.5 Faser-Matrix-Haftung128
3.5.1 Textilglasfasern128
3.5.2 Kohlenstoff-Fasern134
3.5.3 Aramidfasern134
3.5.4 Naturfasern134
Zusammenfassung (Kap. 3.5)134
4 FASERN IM VERBUND135
4.1 Bedingungen für die Verstärkungswirkung (nach Puck)135
4.2 Beanspruchung in Richtung der Fasern135
4.2.1 Endlose Fasern135
4.2.2 Kurze Fasern143
4.3 Beanspruchung senkrecht zur Faser155
4.3.1 Dehnungsvergrößerung und Querrißbildung155
4.3.2 Quer-Elastizitäts-Modul der Faser159
4.3.3 Schubbeanspruchung parallel und senkrecht zur Faser160
4.4 Interlaminare Rißzähigkeit162
4.5 Thermische Eigenschaften164
4.6 Wirkung der Faserverstärkung167
4.6.1 Das "Knie" im Spannungs-Dehnungs-Diagramm167
4.6.2 Festigkeit169
4.6.3 Steifigkeit (E-Modul)173
4.6.4 Versagensverhalten175
5 VERARBEITUNG180
5.1 Verarbeitung von Halbzeug180
5.1.1 Halbzeuge mit duroplastischer Matrix180
5.1.2 Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix192
5.2 Verarbeitung von faserverstärkten Reaktions-(Gieß-)harzen194
5.2.1 Manuelle Verfahren194
5.2.2 Teilautomatisierte/ -mechanisierte Verfahren195
5.2.3 Vollautomatisierte Verarbeitungs-Verfahren199
5.2.4 Kontinuierliche Verfahren207
5.2.5 Sonderverfahren208
5.2.6 Feinschichten210
5.3 Verarbeiten von Verbunden mit thermoplastischer Matrix211
5.3.1 GMT-Herstellung212
5.3.2 LFT216
5.4 Spezielle Verarbeitungsverfahren für Epoxidharze220
5.4.1 Elektrotechnik220
5.4.2 Elektronik223
5.4.3 Fertigungsmittelbau226
5.5 Nachbearbeiten229
5.5.1 Spanende Bearbeitung229
5.5.2 Lackieren von SMC-Formteilen231
5.6 Recycling233
5.6.1 Stoffliche Wiederverwertung234
5.6.2 Verbrennung235
5.6.3 Chemische Verwertung236
5.6.4 Organisation236
5.7 Arbeits- und Gesundheitsschutz237
5.7.1 Arbeitsplatzgrenzwert (AGW)237
5.7.2 Biologischer Grenzwert238
5.7.3 Einzelne Komponenten238
6 MECHANISCHE PRÜFUNG241
6.1 Besonderheiten des Verformungsverhaltens der UD-Schicht241
6.1.1 Rißbildung241
6.1.2 Orthotrope Laminate244
6.2 Statische Belastung des Laminates245
6.2.1 Zug247
6.2.2 Zug der UD-Schicht (NOL-Ring)248
6.2.3 Druck249
6.2.4 Schub250
6.2.5 Biegung254
6.3 Statisches Langzeit-Verhalten256
6.4 Dynamische Belastung258
6.4.1 Wöhlerkurven260
6.4.2 Hysteresis-Meßverfahren263
6.5 Prüfung271
6.5.1 Herstellung und Vorbehandlung der Probekörper271
6.5.2 Anzahl der Probekörper272
6.5.3 Bestimmung des Fasergehaltes275
7 AUSLEGUNG VON MEHRSCHICHTVERBUNDEN278
7.1 Einzelschicht (ES)279
7.1.1 Hookesches Gesetz bei ebenem Spannungszustand280
7.1.2 Unidirektional verstärkte Schicht (UD-Schicht)282
7.1.3 Wärmeausdehnungskoeffizient der UD-Schicht285
7.1.4 Richtungsabhängigkeit der UD-Schicht-Kenngrößen286
7.2 Klassische Laminattheorie289
7.3 Ausgeglichener Winkelverbund (AWV)291
7.3.1 Wärmeausdehnungskoeffizienten des ausgeglichenen Winkelverbundes (AWV)294
7.3.2 Kreuzverbund (KV)296
7.4 Gewebeschicht299
7.5 Wirrfaserschicht300
7.5.1 Steifigkeit300
7.5.2 Wärmeausdehnungskoeffizient der Wirrfaserschicht301
7.6 Festigkeitsprobleme bei Mehrschichtverbunden302
7.6.1 Festigkeit einer UD-Schicht302
7.6.2 Schichtenweise Analyse von Mehrschichtverbunden308
7.6.3 Eigenspannungen in Mehrschichtverbunden309
8 TABELLEN314
9 LITERATUR317
10 STICHWORTVERZEICHNIS322

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