Faserfestigkeit

Faserfestigkeit bezeichnet die maximale Zugspannung, die eine Faser bis zum Bruch aushalten kann. Es handelt sich um einen intrinsischen Werkstoffparameter der Faser selbst, der stark von der Mikrostruktur abhängt, etwa der Kristallinität, der Faserorientierung, dem Vorhandensein Defekte sowie der Oberflächenqualität. Umweltbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und chemische Umgebung können die Festigkeit ebenfalls beeinflussen.

Die Festigkeit wird üblicherweise im Einzel-Faser-Zugversuch ermittelt. Dazu wird eine Faser in einem Zugprüfgerät belastet, bis sie versagt, und die maximale Kraft sowie der ursprüngliche Querschnitt der Faser zur Berechnung der Zugfestigkeit σf verwendet. Typische Messgrößen neben der Festigkeit sind die Dehnung bis zum Bruch und der Bruchwinkel der Faser. Tests folgen internationalen Normen und Standards, die den Versuch, die Probenvorbereitung und die Auswertung regeln.

In Faserverbundwerkstoffen ist die Faserfestigkeit entscheidend, beeinflusst aber nicht isoliert das Bauteilverhalten. Die effektive Festigkeit eines Verbundsystems hängt zudem von der Faser-Matrix-Interaktion, der Faserorientierung, der Ausrissschärfe, Porosität und dem Defektstatus ab. Defekte oder schlechte Kopplung reduzieren die Belastbarkeit und können zu frühzeitigem Versagen führen.

Typische Faserarten mit hoher Festigkeit sind Glasfasern, Kohlefasern (Carbon), Aramidfasern und Naturfasern in variabler Ausprägung. Die Werte reichen je Fasergruppe grob von etwa 1 bis 6 GPa, je nach Material, Herstellungsprozess und Behandlungszustand. Faserfestigkeit ist daher ein zentraler Parameter in der Auslegung von hoch belastbaren Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilbau oder Sportgeräten.