FaserMatrixInteraktion

FaserMatrixInteraktion bezeichnet die Wechselwirkung zwischen Faser und Matrix in Verbundwerkstoffen. Sie umfasst Haftung an der Grenzfläche, Lastübertragung und das mikromechanische Verhalten des Systems. Eine robuste Interaktion ermöglicht eine effektive Übertragung von Belastungen von Matrix auf Faser und erhöht Festigkeit, Steifigkeit und Schadenstoleranz; eine schwache Interaktion begünstigt Delamination, Faserabbruch oder frühzeitiges Versagen.

Zu den wesentlichen Einflussfaktoren gehören die Faseroberflächenbehandlung (Sizing, Silanisierung, Plasmabehandlung), die chemische Zusammensetzung der Matrix, der Herstellungsprozess (Aushärtung, Temperatur), Faserorientierung, sowie Umweltbedingungen wie Feuchtigkeit und Temperatur. Das Interphase-Konzept beschreibt eine räumlich begrenzte Zone mit abweichenden Eigenschaften, in der die Mikromechanik der Haftung wirkt.

Wichtige Messgrößen sind die interfaciale Scherfestigkeit (IFSS) aus Microbond- oder Pull-out-Tests, sowie Modelle zur Lastübertragung wie das Shear-Lag-Konzept. Ergänzend liefern mikroskopische Analysen Aufschluss über Debonding-Pfade und Versagensmodi an der Grenzfläche.

Typische Systemkombinationen umfassen Glas- oder Kohlenstofffasern in Epoxid- oder Vinylester-Matrix; auch Naturfasern mit Harzen gewinnen an Bedeutung. Die Faser-Matrix-Interaktion lässt sich durch Sizings, Kopplungsagentien oder Nanoverstärkungen der Matrix gezielt verbessern. Gute Interaktion erhöht Leistungsparameter in Anwendungen der Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Windkraft und Sporttechnik sowie die Beständigkeit gegenüber Feuchte, Temperaturwechseln und Ermüdung.