faserspezifischemechanische

Faserspezifische mechanische Eigenschaften bezeichnen die charakteristische Reaktion von Fasern oder faserverstärkten Werkstoffen auf mechanische Belastungen. Sie hängen stark von der Faserart, ihrer mikroskopischen Struktur und der Orientierung der Fasern ab. Fasern zeigen typischerweise hohe Festigkeiten und Steifigkeiten entlang der Faserachse; transversal sind die Eigenschaften meist deutlich geringer. Dadurch sind Verbundwerkstoffe anisotrop.

Wichtige Größen sind Elastizitätsmodul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung sowie zeit- und temperaturempfindliche Effekte wie Creep und Relaxation. Die Gesamtleistung eines Faserverbunds resultiert aus den Faser- und Matrixeigenschaften einschließlich des Faser-Matrix-Interfacings, das die Lastübertragung und die Rissausbreitung maßgeblich beeinflusst. Unterschiede in Oberflächenbeschaffenheit, Faserlänge und -typ verändern Zuverlässigkeit und Schadenverhalten.

Experimentell werden Einzel-Faser-Tests, Mikrobond- und Pull-Out-Tests sowie Querschnitts- und Dreiachsversuche eingesetzt, um Grenzlasten und Dehnungen zu bestimmen. Zur Beschreibung der statistischen Zuverlässigkeit von Faserbrüchen werden Weibull-Verteilungen genutzt. Zur Abschätzung der effektiven Eigenschaften von Verbundwerkstoffen kommen Modellansätze wie Halpin–Tsai oder Mori–Tanaka zum Einsatz.

Typische Fasern sind Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern und Naturfasern. Kohlenstofffasern bieten hohe Steifigkeit und Festigkeit, Glasfasern liefern ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis, Aramidfasern zeichnen sich durch Zähigkeit aus, Naturfasern bieten Nachhaltigkeit und geringere Dichte, jedoch stärkere Schwankungen. Die faserspezifische Mechanik ist damit zentral für Materialauswahl, Layout und Zuverlässigkeit von Leichtbaustrukturen.