Faserarchitektur

Faserarchitektur bezeichnet die räumliche Anordnung von Fasern in einem Faserverbundwerkstoff bzw. in Textilstrukturen, die mechanische, thermische und das Lastverhalten beeinflusst. Sie umfasst Orientierung, Formgebung, Verteilung der Fasern sowie deren Verhältnis zur Matrix. In der Materialwissenschaft wird Faserarchitektur genutzt, um Steifigkeit, Festigkeit, Dämpfung und das Verhalten unter Last zu steuern.

Typische Architekturtypen sind unidirektionale Lagen (UD), gewebte Strukturen wie Webstoffe und Jacquardstoffe, verzahnte oder geflochtene Strukturen, Matten sowie 3D-Architekturen durch Verflechten oder mehrlagigen Schichtaufbau. In Faserverbundwerkstoffen beeinflusst die Reihenfolge der Lagen, der Faserwinkel, der Faseranteil (Fasersvolumenfraktion) und die Art der Bündelung die anisotrope Lastverteilung und das Versagen.

Die Architektur wird durch Herstellungsverfahren wie Laminieren, Filamentspinnen, Faser-Matrix-Verbund, 3D-Weben, Verflechten, Wickeln und Spritzgießen beeinflusst. Techniken zur Analyse umfassen Mikroskopie, CT-Scanning, Bildanalyse und mechanische Tests; Modellierung reicht von mikromechanischen Ansätzen bis zu mehrskalierten Finite-Elemente-Modellen.

Anwendungen reichen von Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Windkraft und Sportgeräten bis hin zum Bauwesen, wo maßgeschneiderte Faserarchitekturen Leichtbauleistungen, Steifigkeit und Dämpfung verbessern.