FaserMatrixAdhäsion

Faser-Matrix-Adhäsion bezeichnet die Haftung und den Lastübertrag zwischen einer Faserverstärkung (z. B. Glas-, Kohlenstoff- oder Karbonfasern) und der umgebenden Matrix in Verbundwerkstoffen. Sie bestimmt maßgeblich Festigkeit, Steifigkeit, Ermüdungsverhalten und das Versagensverhalten des Verbunds, weil der Faseranteil die Last über die Grenzfläche auf die Matrix und umgekehrt überträgt.

Der Begriff umfasst chemische, mechanische und physikalische Prozesse an der Grenzfläche. Typische Mechanismen sind Interaktionen zwischen Faseroberfläche und Matrix, Bildung von Kopplungssitzen oder chemischen Bindungen, sowie die Bildung einer Interphasialzone, in der Eigenschaften von Faser und Matrix übergehen. Die Adhäsion wird häufig durch die Oberflächenstruktur der Faser, die Matrixchemie und Zusatzmittel wie Kopplungsagenten beeinflusst.

Faktoren, die die Adhäsion beeinflussen, umfassen Faseroberflächenenergie, Oberflächenbehandlung der Faser (z. B. Sizing, Silan-Kopplung), Matrixviskosität und -chemie, Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse sowie Verarbeitung und Aushärtung. Unterschiedliche Matrizen (Epoxidharze, Polyester, Polyamide, keramische oder metallische Matrizes) erfordern unterschiedliche Grenzflächenkonfigurationen.

Messmethoden zur Bewertung der Adhäsion umfassen Mikrobond-Tests, Einzel-Fasern-Entzugsversuche, Fragmentierungsversuche und Kurzstab-Schubtests, aus denen die Interfacial Shear Strength abgeleitet wird.

Zur Gestaltung der Faser-Matrix-Adhäsion dienen Faseroberflächenbehandlungen (Sizing, Plasmabehandlung, Silan-Kopplung), chemische Modifikationen der Matrix, mechanische Vorbehandlung und der Einsatz von Nanokompositen an der Grenzfläche.

Gegenwärtige Anwendungen finden sich in Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Windkraft, Bauwesen und Sportgeräten, wo die Interfacial-Adhäsion eine zentrale Rolle für die Leistungsfähigkeit von Faserverbundwerkstoffen spielt.