FaserMatrixVerbindung

Die FaserMatrixVerbindung, häufig auch als Faser-Matrix-Interphase bezeichnet, ist der Grenzbereich zwischen der Verstärkung (Fasern) und dem Matrixmaterial in faserverstärkten Verbundwerkstoffen. Sie ermöglicht den Lastübertrag von der Matrix auf die Faser und beeinflusst maßgeblich Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit sowie Beständigkeit gegen Ermüdung und Umweltangriffe. Die Interphase entsteht durch eine Kombination mechanischer Verankerung, chemischer Bindung und Diffusion von Matrixkomponenten an die Faseroberfläche.

Wichtige Einflussfaktoren sind die Oberflächenbeschaffenheit der Faser, Oberflächenbehandlung und Sizing, die Viskosität und Formulierung der Matrix, Temperatur sowie Feuchtigkeit. Durch Sizing oder chemische Kopplungslager lassen sich Haftung und Benetzbarkeit verbessern, während mechanische Vorrauhungen oder Oberflächenmodifikationen die Verankerung erhöhen. Ziel ist oft ein ausgewogenes Verhältnis aus Festigkeit und Zähigkeit, damit Plastizität und Schadenstoleranz erhalten bleiben, ohne dass die Fasern zu stark belastet werden.

Die FaserMatrixVerbindung wird durch verschiedene Mess- und Prüftechniken charakterisiert, darunter Interfacial Shear Strength (IFSS) mittels Microbond- oder Pull-out-Tests, Single-Fiber Fragmentation oder durch Analyse der Debonding- bzw. Risswachstumsprozesse. Das interphasische Verhalten hängt stark von den Materialsystemen ab, z. B. Glas- oder Kohlefaser mit Epoxid-, Polyester- oder Thermoplast-Matrixen, sowie von keramischen oder hybriden Verbundwerkstoffen.

In der Praxis steuern Faser-Matrix-Interphasen Eigenschaften von Leichtbau- und High-Performance-Verbundwerkstoffen in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Sportgeräten und Windenergie. Forschungsfelder umfassen neue Sizing-Lösungen, Oberflächenmodifikation, damit verbundene Nanokomponenten und optimierte Mischungen, um Belastbarkeit und Lebensdauer zu verbessern.