Faserlagen

Faserlagen, auch als Plies bezeichnet, sind einzelne Schichten von verstärkenden Fasern, die in einer Matrix in laminierten Verbundwerkstoffen eingebettet sind. Ein Stapel mehrerer Faserlagen bildet ein Laminat, dessen Eigenschaften von der Faserausrichtung, dem Faseranteil und der Matrix abhängen. Laminatmaterialien zeigen anisotrope Eigenschaften, das heißt, die Festigkeit und Steifigkeit unterscheiden sich je nach Richtung.

Gängige Faserarten in Faserlagen sind Kohlefaser, Glasfaser, Aramid und Basalt. Jede Faserlage hat eine bestimmte Dicke, typischerweise im Bereich von wenigen Zehntelmillimetern bis zu einigen Hundertstelmillimetern, und eine Orientierungsangabe in Grad, z. B. 0°, 90° oder ±45°. Unidirektionale Platten, gewebte Gelege und mehrachsige Gewebearten werden genutzt, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften zu erzielen.

Die Stapelreihenfolge (die Reihenfolge der Plies) beeinflusst Steifigkeit, Festigkeit und Versagensmodi des Laminats. Symmetrische und ausgewogene Laminataufbauten reduzieren Verformungen und Welligkeiten. Quasi-isotrope Layups kombinieren Plies mit verschiedenen Orientierungen, um in der Ebene nahezu isotrope Eigenschaften zu erreichen.

Herstellungsmethoden umfassen manuelle Kapplung, automatisiertes Bandverlegen, Harzinfiltration (VARTM) und Vorimprägnieren (Prepregs), die in einer Autoklave oder in Ofenprozessen ausgehärtet werden. Eine gute Konsolidierung, Aushärtung und Entvakuung sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit.

Faserlagen finden Anwendung in Luft- und Raumfahrt, Automotive, Windenergie, Sportartikeln und industriellen Bauteilen, da sie ein hohes Festigkeits-zu-Gewichts-Verhältnis bieten. Nachteile sind Kosten, Verarbeitungsaufwand und potenzielle Versagensarten wie Delamination oder Matrixriss, weshalb das Design eine sorgfältige Berücksichtigung der Grenzflächen und Belastungsrichtungen erfordert.

Verwandte Begriffe sind Lamina (eine einzelne Faserschicht auf mikroskopischer Ebene) und Laminat (das gestapelte Bauteil).