Page - 16 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

16 2. STANDDERTECHNIK 2.1.3 FaserverstärkteThermoplaste DerEinsatzvonThermoplastenalsKonstruktionswerkstoffbedeutet invielenFällendieKombination mit Verstärkungsfasern. Je nach Anwendung und geforderten Eigenschaften kommen verschiedene Fasern zumEinsatz. Auch die unterschiedliche Anordnung der Fasern beeinflusst die Eigenschaften des Halbzeugs undBauteils. In diesemAbschnitt wird eine Auswahl der wichtigsten Faserarten und TextilenHalbzeugen vorgestellt und dieWeiterverarbeitung zuBauteilen erläutert. Verstärkungsfaser DieVerstärkungsfaser lässt sichnachdemWerkstoffundderenFaserlängeeinteilen.AlsVerstärkungs- faser werden zu Rovings versponnene Filamente aus Carbon, Glas, Aramid, Keramik, Metall und Naturfasern verwendet.AmhäufigstenwerdenderzeitGlasfasern alsVerstärkungsfaser oderFüllstoff verwendet.DerwichtigsteGrundhierfür ist das guteVerhältnis ausmechanischenEigenschaftenund dem Preis der Glasfaser [32]. Die Carbonfaser wird in der Regel für Bauteile und Strukturen mit hohenmechanischenBelastungenundangespanntenGewichtszielen verwendet. ImdeutschenSprach- raumwirdhäufigderBegriffKohlenstofffaserverwendet.DabeiderHerstellungeineorganischeFaser, der sog. Prekursor, nach demStreck- undOxidationsprozess carbonisiertwird, beschreibt derBegriff Carbonfaser die spezifischen Eigenschaften dieser Art von Faser sehr gut. Daher wird dieser Begriff auch imRahmendieserArbeit verwendet.DieVerwendung vonKeramik-,Metall- undAramidfasern dienenmeist der speziellenFunktionalisierungund spielenwie auchdieweiteren synthetischenFasern oderNaturfasern eine untergeordneteRolle imKarosseriebau. Bei derHerstellungderCarbonfaser bewirkt die starke StreckungundAusrichtungder zweidimensio- nalen Graphitstrukturen eine Schichtung desWerkstoffs [33]. Die Schichtstruktur ist Grund für die hohe Festigkeit und die starke Anisotropie der Faser. Laut Flemming [33] ist in Längsrichtung der Faser ein theoretischer ModulE1 von 1050GPa zu erreichen, wohingegen senkrecht zur Faserachse lediglich einModulE2 bzw.E3 von 35,7GPa vorliegt. Dies erklärt bei stark gerichteten FKV den großen Einfluss der mechanischen Eigenschaften desMatrixwerkstoffes senkrecht zur Faserlängsach- se. Zur Beschreibung der Carbonfaser dient der Fasertyp, siehe Tabelle 2.2, mit einer Auswahl der technisch relevanten Fasern, die Tex-Zahl in g/1000m und die K-Zahl, welche die Anzahl an Faser- elementen beschreibt. 1K bedeutet ein Faserrovingmit 1000 Filamenten. Der Filamentedurchmesser kann sich wie auch die Bruchdehnung und Zugfestigkeit je nach Fasertyp unterscheiden, ist jedoch durch eineweitgehendeNormung der aktuell verwendeten Fasertypen in der Spezifizierung der FKV zweitrangig. MitBlick auf den induktiven Schweißprozess besitzt die Faser eine essentielle Funktion für denFüge- prozess. DieMöglichkeit der induktiven Erwärmung sowie auch die erreichbare Erwärmungsleistung sind vondemFaserwerkstoffunddessen physikalischeMaterialeigenschaften abhängig. In diesemZu- sammenhang sind die elektrische Leitfähigkeit wie auch die thermische Leitfähigkeit der Faser von großer Bedeutung. Auch dieWärmeabfuhr innerhalb des FKVund an dessenRandschichten ist von der Leitfähigkeit derCarbonfaser abhängig.Hinzu kommtdieEigenschaft derGrenzschicht zwischen FaserundMatrix.DiesewirdalsSchlichtebezeichnetundsoll füreinemöglichstguteKraftübertragung zwischenFaser undMatrix sorgen. Sie dient aber auch dazu, die Faser für dieVerarbeitungsprozesse flexibel zumachenundeinemöglichsthoheBenetzungderFasermitMatrix zuermöglichen [33].Auch die Infiltrationdes trockenenRovingsbzw.GewebesmitdemMatrixpolymere soll durchdieSchlichte aufderFaserverbessertwerden.AusderKonstruktionssicht sinddie InformationüberdieFaserdichte und dasFasergewicht ebensowie die Zugfestigkeit und derE-Modul von Interesse. Grundlegend für dieBetrachtung eines thermischenFügverfahrens ist die Information über das ther- mischeVerhaltenderWerkstoffe.Hierzu sind inder folgendenTabelle die thermischenLängenausdeh- nungen vonGlas- undCarbonfasern sowie derenTemperaturbeständigkeit beschrieben.