Kurzfasern

Kurzfasern sind kurze Filamente, die als Verstärkung in Faserverbundwerkstoffen oder in zementgebundenen Systemen eingesetzt werden. Im Gegensatz zu Lang- oder Endfasern, die kontinuierlich über eine Komponente hinweg geführt sind, besitzen Kurzfasern eine begrenzte Länge, typischerweise im Millimeter- bis Zentimeterbereich.

Herstellung und Struktur: Kurzfasern werden durch Zerschneiden längerer Fasern gewonnen oder durch Extrusion bzw. Mischen aufbereitet. Sie können zufällig verteilt oder orientiert in das Matrixmaterial eingebracht werden. Die Verstärkungswirkung beruht auf der Belastungstransfer zwischen Matrix und Faser sowie auf dem Spannungsübertrag an der Faser-Matrix-Grenzfläche. Der Wirkungsgrad hängt stark vom Aspektverhältnis (Länge zu Durchmesser), der Dispergierbarkeit und der Adhäsion ab.

Typen und Anwendungen: Typische Kurzfasern sind Glasfasern, Kohlenstofffasern, Naturfasern (z. B. Flachs, Hanf, Jute) sowie Stahl- oder Polypropylenfasern in Beton oder Kunststoffen. Einsatzgebiete finden sich in Automobilbauteilen, Gehäusen sowie in faserverstärkten Kunststoffen und in faserverstärktem Beton, wo eine Kosten- und Verarbeitungsoptimierung gegenüber Langfaserlösungen angestrebt wird.

Eigenschaften und Vor- und Nachteile: Kurzfasern verbessern Zähigkeit, Schlagfestigkeit und Rissausbildung des Materials und können die Bauteildicke verringern. Aufgrund der Orientierung der Fasern ist die Verstärkung anisotrop; die maximale Festigkeit liegt meist unter der von kontinuierlichen Fasern. Vorteile sind geringere Kosten, einfachere Verarbeitung und bessere Formfüllung in komplexe Geometrien; Nachteile sind potenziell geringere Festigkeiten, Feuchtigkeitsempfindlichkeit bei Naturfasern und Herausforderungen bei gleichmäßiger Faserverteilung.

Umweltaspekte: Naturfasern bieten Potenzial für nachhaltige Verbundwerkstoffe; Recycling hängt von Matrix und Faser ab; Verarbeitung erfordert geeignete Dispersion und Oberflächenbehandlung der Faser.