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E-glassE glass reinforced components exhibit superiormechanical properties comparable to metals, butwith decisively lower weights and prices. Fibresof E glass are the most commonly used reinforcingmaterial whose universal applicability owes thanksprimarily to their high resistance to weathering andchemicals as well as their superior dielectric pro-perties.

AramidAramid fibres are recommended when compon-ents are to exhibit high toughness, max impactstrength, and particular abrasion resistance. Theyensure good chemical resistance and max spe-cific tensile strength.

CarbonLaminates of carbon fibres exhibit a very highrigidity, a high strength, and a highly impressivefatigue limit under dynamic loading. Carbon fibresare electrically conductive.

Polyethylene (Dyneema®)Polyethylene fibres ensure a very high impactstrength with a very low specific gravity.

Fibres de verre ELes pièces réalisées en fibres de verre E présententune résistance remarquable. Elles sont comparab-les aux pièces en métal mais plus légères et plusavantageuses. Les fibres de verre E constituent laplupart des matériaux de renfort. Leur utilisationuniverselle est essentiellement due à leur durabilitécontre les intempéries et les produits chimiques ainsiqu’à leurs propriétés diélectriques.Fibres d’aramide (p. ex. Kevlar®)On recommande l’utilisation des fibres d’aramidepour réaliser des pièces de grande dureté, de hauterésilience ou particulièrement résistantes à l’abrasion.Elles présentent une bonne durabilité aux produitschimiques et un très grand rapport résistance à latraction/poids.Fibres de carboneLes stratifiés en fibres de carbone présentent unetrès grande rigidité et une haute résistance mécani-que. La résistance à la fatigue lors de contraintesdynamiques est remarquable. La conductivité desfibres de carbone est bien établie.

Fibres de polyéthylène (Dyneema®)Les fibres de polyéthylène garantissent une trèsgrande résilience pour un faible poids spécifique,comme les fibres d’aramide.

Fasern - Fibres - Fibers

E-GlasE-Glas Bauteile weisen hervorragende Festig-keit auf. Sie sind bei geringerem Gewicht undgünstigem Preis denen von Metallen vergleich-bar. Fasern aus E-Glas sind das am meistenverwendete Verstärkungsmaterial. Ihre univer-selle Anwendbarkeit ergibt sich vor allem auchdurch die hohe Beständigkeit gegen Witterungs-einflüsse und Chemikalien, sowie die hervorra-genden dielektrischen Eigenschaften.Aramidfasern (z.B. Kevlar)Aramidfasern sind zu empfehlen, wenn es umBauteile mit hoher Zähigkeit, äusserster Schlag-festigkeit sowie besonderer Abriebfestigkeit geht.Sie gewährleisten eine gute chemische Bestän-digkeit und höchste gewichtsbezogene Zugfestig-keit.Kohlenstoff (Carbon / Karbon)Laminate aus Kohlenstoffasern weisen eine sehrhohe Steifigkeit sowie eine hohe Festigkeit auf. DieDauerfestigkeit bei dynamischer Belastung isthervorragend. Kohlenstoffasern sind elektrischleitfähig.Polyethylen (Dyneema®)Polyethylenfasern garantieren eine sehr hoheSchlagfestigkeit bei einem sehr niedrigen spezifi-schen Gewicht, ähnlich den Aramidfasern.

Leinwand Köper Atlas Unidirektional ScheindreherToile Sergé Satin Unidirectionel Fausse gazePlain Twill Atlas Unidirectional

For laminar laminates,badly drapable.

Very well drapable, rat-her more rigid lamina-tes than with canvasconnection.

Well drapable, very ri-gid laminates, front andback unequally.

UD laminates for firm-ness only in a direc-tion.

Very well drapable, re-sults in voluminoeselaminates, for the buil-ding of forms.

Pour des stratifiés plats,se drape mal.

Se drape très bien. Pro-duit des stratifiés plutôtplus rigides qu’avecl’armure toile.

Se drape bien, fournitdes stratifiés très rigi-des. Dessus et des-sous différents.

Pour des stratifiés UD:résistance unidirection-nelle.

Se drape très bien, pro-duit des stratifiés volumi-neux, s’utilise dans la con-struction des moules.

Webarten - Tissage - Weaving

Für flächige Laminate,schlecht drapierbar.

Sehr gut drapierbar,eher steifere Laminate

als mit Leinwand-bindung.

Gut drapierbar, sehrsteife Laminate, Vor-der- und Rückseite

ungleich.

UD-Laminate für Fes-tigkeit nur in einer Rich-tung.

Sehr gut drapierbar, er-gibt voluminöse Lami-nate, für den Formen-bau.


Leistungsprägend – der FinishDie Festigkeitseigenschaften von Lami-naten werden durch die Haftung derFaser an der Harzmatrix bestimmt. Daherrüstet INTERGLAS Glasgewebe mitspeziellen Haftvermittlern – Finishes –aus, die zur Optimierung der Festigkeitdem eingesetzten Matrixmaterial ange-passt sind.Der Finish besteht aus einer bifunktio-nellen, chemischen Verbindung, dieeinerseits eine Bindung an das Harzund andererseits an die Faser optimiert.Die für den Webprozess notwendige,aber der Haftung entgegenstehendeTextilschlichte wird vor dem Finishenentfernt.

Glasfilamentgewebe mit Finish FK144 und Silan sind ab Lager lieferbar.

Glasrovinggewebe werden aus-schließlich mit Silan-Garnschlichte ge-liefert.

Kohlenstoffasergewebe sind mit ei-ner Kunststoffschlichte versehen, diefür Epoxyd- und Polyesterharze geeig-net ist.

Aramidfasergewebe werden zur Opti-mierung der Haftung entschlichtet (ge-waschen).

Der Finish - Le pontage - The finish

Available weave typesDecisive for performance– the finishThe physical properties of laminates aredefined by the adhesion betweenthe fibres and the resin matrix. For thisreason INTERGLAS provides its glassfabrics with special coupling agents,so-called finishes, that are adapted tothe respective matrix material for theoptimised strength.The finish consists of a bifunctionalchemical compound that optimises thebond to both the resin and the fibres.The textile size, needed for the weavingprocess but counteracting adhesion, isremoved before the finish isapplied.

Glass filament fabrics with FK 144finish and silane are available ex ware-house.

Glass roving fabrics are delivered ex-clusively with silane yarn size.

Carbon fibre fabrics are provided witha plastic size suitable for epoxy andpolyester resins.

Aramid fibre fabrics are desized(washed) for optimised adhesion.

Conditionnement des performances,le pontageLes propriétés de solidité des stratifiésdépendent de l’adhésion des fibres à lamatrice des résines. Pour cette raison,INTERGLAS traite ses fibres avec unagent de pontage spécial, adapté defaçon optimale à la résistance des diffé-rentes résines matricielles.Le pontage est une liaison chimiquebifonctionelle qui optimalise d’une part laliaison de la résine, d’autre part celle dela fibre. L’ensimage, nécessaire pour letissage mais qui péjore l’adhésivité estéliminé avant le pontage.

Les tissus en filaments de verre pon-tés par l’agent FK 144 et du silane sonten stock.

Les tissus en mèches de verre (roving)sont livrés exclusivement avec des fibresensimées au silane.

Les tissus en fibres de carbone sontensimés avec un agent synthétique quiconvient aux résines époxydes et poly-ester.

Les tissus en fibres d’aramide sontlavés de leur ensimage pour optimiserleur adhésivité.

Die günstigen, einfachen Gewebe mit lediglich Silanschlichte (Fadensilan) sind hier nicht erfasst!Luftfahrt: Grundsätzlich sind alle Finish-Typen, je nach Bauteil und Material-Datenblatt, für Luftfahrtteile zugelassen.Airbus-Industries akzeptiert nur FK 104 (Volan). Als Standard-Finish in der Luftfahrt hat sich aber auch FK 144 etabliert.Umwelt: Die Bemühungen gehen dahin, die chromhaltigen Finishs FK 144 und FK 104 mit neuen Formulierungen zu ersetzen.Lagerhaltung: Wir führen vorläufig nur Gewebe mit Finish FK 144 sowie ein paar günstige Gewebe mit Silanschlichte.Gewebe mit andern Finish-Typen können ab einer Rolle (100Lfm) auf Wunsch besorgt werden, insofern Produkt vorhanden.

Empfohlene Glasgewebe-Finishes von Interglas in Abhängigkeit vom Matrixmaterial

Finish FK 144 FK 104 FK 600 FE 800 FK 200 FK 433(alt I-550) (Volan)

Epoxyxdharze X X X X XPolyesterharze X X X XVinylesterharze X XPhenolharze X X X X XPolyimide XThermoplaste X X

Chem.Basis Chromkomplex Chromkomplex Epoxy-Silan Amino-Silan Amino-Silan Methacryl-Silan

Eigenschaften Universalfinish für Luftfahrt- gute Nass- Substitutions- steife Gewebe glasklare Laminategrünlich prepregs festigkeit. finish für lange Tränk- schmiegsame

kurze Tränk- zugelassen. farblose chromhaltige zeit. Gewebe, spez.zeit, schmieg- Airbuszulassung Laminate Finishs mit Polyestersame Gewebe steife Gewebe steifere Gewebe


Eigenschaften der gebräuchlichsten Fasern

E-Glas/Verre-E Aramid HM Carbon-HTDichte / Densité g/cm3 2.6 1.45 1.78Zugfestigkeit / Résistance à la traction MPA 2400 2900 3400Elastizitätsmodul / Module d'élasticité Ö GPA 73 120 235Elastizitätsmodul / Module d'élasticité × GPA 73 5.4 15Bruchdehnung / Allongement à la rupture % 3.5 1.9 1.4Wärmeausdehnungskoeffizient Ö 10-6 K-1 5 -3.5bis-4.1 -0.1Coefficient de dilatation thermique × 10-6 K-1 5 17 10Wärmeleitfähigkeit / Conductibilité calorifique W/mK 1 0.04 - 0.05 17spez. elektr. Wiederstand / Résistivité Ohm/cm 1015 1015 10-3 - 10-4

Feuchtigkeitsaufnahme / Absorption d’humidité 20°C/65%rF 0.1% 3.5% 0.1%

Fibres de verreLes fibres de verre E représentent le matériau de renforce-ment le plus couramment utilisé pour la production desmatériaux composites. Elles sont d’un prix avantageux, etelles possèdent d’excellentes caractéristiques mécaniques,thermiques, diélectriques et chimiques. Les matériaux com-posites renforcés aux fibres de verre sont appelés PRFV.

Fibres d’aramide (Kevlar® de DuPont et Twaron® d’Akzo)L’aramide possède une densité très faible, une résistancespécifique et une résilience élevées. Il doit être coupé avecdes outils spéciaux (ciseaux à Kevlar). Pour les stratifiéstechniques, p. ex. les stratifiés utilisés pour la constructionde véhicules et d’avions, on utilise surtout les fibres à moduled’élasticité élevé Kevlar 49 ou Twaron HM. Les fibresd’aramide à bas module d’élasticité (Kevlar 29 ou TwaronLM) possèdent une résilience élevée. Elles sont surtoututilisées pour les stratifiés balistiques durs ainsi que pour lesgilets pare-éclats et pare-balles. Les matériaux compositesd’aramide sont appelés MCA.

Fibres de carboneLes fibres de carbone sont utilisées pour la production decomposants à haute contrainte et très rigides. Les avantagesdes matériaux renforcés aux fibres de carbone sont leur hauterésistance à la traction, à la compression et à la flexion et leurhaut module d’élasticité. Leurs désavantages sont leur faiblerésilience et leur faible allongement à la rupture. Les stratifiésen fibres de carbone possèdent une bonne transparence aurayonnement (p. ex. aux rayons X), et ils sont des conduc-teurs électriques. Les matériaux composites à fibres decarbone sont appelés MCFC.

Fibres de polyamide (nylon)Le nylon est surtout utilisé sous forme de tissus à arracher.En utilisant ce tissu comme dernière strate, on obtient aprèsl’arrachage une surface uniforme et rugueuse offrant unebonne prise aux pieds (bateaux, planches à voile) et seprêtant bien aux collages.

Fibres de polyester (diolène) Le diolène est surtout utilisépour la fabrication de kayaks et comme couche d’usure decomposants en matériau composite. Avantages: résilienceélevée, faible densité et bonne résistance aux agents chi-miques. Désavantages: faible résistance et faible rigidité.

GlasfasernE-Glasfaser ist das gebräuchlichste Verstärkungsmaterialfür Faserverbundwerkstoffe; Glasfasern sind preisgünstigund besitzen ausgezeichnete mechanische, thermische,dielektrische und chemische Eigenschaften.Verbundwerkstoffe aus Glasfasern werden als GFK be-zeichnet.

Aramidfasern (Kevlar® = DuPont / Twaron® = Akzo)Aramid hat eine sehr niedrige Dichte, eine hohe spezifischeFestigkeit und Schlagzähigkeit. Zum Schneiden sind Spezi-alwerkzeuge (Kevlarscheren) erforderlich.Für technische Laminate, z.B. im Fahrzeug- und Flugzeug-bau, wird hauptsächlich die Hochmodulfaser Kevlar 49 oderTwaron HM eingesetzt.Niedermodul-Aramidfasern (Kevlar 29 oder Twaron LM)besitzen ein hohes Arbeitsaufnahmevermögen und werdenüberwiegend für ballistische Hartlaminate sowie Splitter-und Kugelschutzwesten verwendet. Aramidfaserverbund-werkstoffe werden als AFK bezeichnet.

KohlenstoffasernKohlenstoffasern werden für hochbelastbare, sehr steifeBauteile eingesetzt. Die Vorteile sind hohe Zug-, Druck- undBiegefestigkeit und hoher E-Modul. Nachteilig ist die geringeSchlagzähigkeit und Bruchdehnung.Kohlenstoffaserlaminate zeigen eine gute Strahlendurch-lässigkeit (z.B. Röntgenstrahlen) und sind elektrisch leitend.Kohlefaserverbundwerkstoffe werden als CFK (Carbon-Faser-Kunststoff) oder allenfalls als KFK (Kohlenstoff-Fa-ser-Kunststoff) bezeichnet.

Polyamidfasern (Nylon)Nylon wird hauptsächlich in Form von Abreissgewebe ein-gesetzt. Durch das Auflaminieren als letzte Lage ergibt sichnach dem Abschälen eine gleichmässige rauhe Struktur(Standflächen im Bootsbau, Surfbrettbau oder für optimaleKlebeflächen). Gleichzeitig wird damit überflüssiges Harzaufgenommen und entfernt.

Polyesterfasern (Diolen)Diolen wird bei der Herstellung von Kajaks oder als Ver-schleisschicht bei Verbundwerkstoffen verwendet. Vorteil:hohe Schlagzähigkeit bei niedriger Dichte, gute Chemikali-enfestigkeit. Nachteil: geringe Festigkeit und Steifigkeit.

Caractéristiques des fibres les plus usuelles

Uebersicht Verstärkungsfasern - Aperçu des fibres de renforcement

Seite 4swiss-composite gewebe-infoUebersicht Verstärkungsfasern - Aperçu des fibres de renforcement

HM Polyethylenfasern(Dyneema® = Europa Spectra® = USA)Hochmolekular-Polyethylenfasern wie Dyneema und Spec-tra weisen die niedrigste Dichte aller Verstärkungsfasernund die höchste spezifische Festigkeit (Verhältnis Festig-keit/Gewicht) auf. Sehr gute Schlagzähigkeit, jedoch trotzCorona-Behandlung der Oberfläche relativ geringe Haftungim Matrix-Harz. Die übrigen Vor- und Nachteile sind ähnlichdenen der Aramidfaser.

Eigenschaften und Anwendungsbeispielevon Laminaten mit Glas-, Kohlenstoff- undAramidfilamentgeweben

GlasfilamentgewebeGlasfasern aus E-Glas sind der meist verbreitete Verstär-kungswerkstoff. Die Festigkeitseigenschaften entsprechendenen von Metallen (z.B. Alu-Legierungen), wobei dasspezifische Gewicht von Laminaten niedriger ist als das derMetalle.Die Steifigkeit (E-Modul) von Laminaten ist gegenüberMetallen relativ niedrig, so dass bei einer steifigkeitsbezo-genen Auslegung von Bauteilen durch die benötigte grosseWandstärke der Gewichtsvorteil aufgehoben wird, es seidenn, man arbeitet mit einer leichtgewichtigen Sandwich-Kernlage aus Schaumstoff, Schaumvlies oder Strukturwa-ben.Glasfasern sind unbrennbar, temperaturbeständig bis ca.400°C und beständig gegen die meisten Chemikalien undWitterungseinflüsse. Massgebend für die entsprechendenEigenschaften des Laminate ist daher meist das Harz (dieMatrix).Der Preis der Glasfasern ist verglichen mit anderen Verstär-kungsfasern niedrig. Durch Behandlung der Gewebe mitHaftvermittlern (Finish) wird die Haftung des Harzes beson-ders unter Feuchtigkeitseinfluss verbessert.

Aramid-Filamentgewebe (Kevlar)Der Einsatz von Aramidfasern ist dann sinnvoll, wenn Ge-wichtsersparnis an erster Stelle steht. Weiterhin werdenAbrieb- und Schlagbeanspruchte Teile (z.B. Schutz derVorderkanten von Flugzeugleitwerken gegen Hagelschlag,Kajaks) aus aramidfaserverstärkten Kunststoffen gefertigt.Festigkeit und Steifigkeit der Laminate sind etwas besserals bei E-Glas. Weitere Eigenschaften sind das gute Dämp-fungsvermögen, die Nichtentflammbarkeit und die hervor-ragende chemische Beständigkeit.Die Bearbeitung von Laminaten (Sägen, Schleifen etc. ) istjedoch sehr schwierig.

Fibres de polyéthylène(Europe: Dyneema®, USA: Spectra®)Les fibres de polyéthylène de poids moléculaire élevé commeDyneema et Spectra possèdent la densité la plus faible et larésistance spécifique (rapport entre résistance et poids) laplus élevée de toutes les fibres de renforcement. Elles ontune bonne résilience, mais elles adhèrent relativement mal àla résine même quand elles ont été soumises à un traitementde couronne. Les autres avantages et désavantages de cesfibres correspondent à ceux des fibres d’aramide.

Propriétés et exemples d'application de stra-tifiés utilisant des fibres de verre, de carbo-ne ou d'aramide

Les tissus de verreLes fibres de verre en verre "E" constituent le matériau le plusrépandu pour le renfort des stratifiés. Les propriétés méca-niques de la fibre de verre sont voisines de celles de certainsmétaux (par exemple des alliages légers), toutefois lamasse volumique est inférieure à celle des métaux. Larigidité (module d'élasticité E) des stratifiés étant inférieureà celle des métaux, une compensation par le volume voirepar les épaisseurs de matière devient indispensable, afind'obtenir une résistance à la déformation équivalente à cellede la même pièce en métal. L'avantage du poids n'existeplus, sauf si l'on fait appel à des techniques de noyautage enmousse, ou en structure alvéolaire, prises en sandwich parles stratifiés. Les fibres de verre sont ininflammables etrésistent jusqu'à des températures voisines de 400°C, àpresque tous les agents chimiques et aux intempéries. Larésine (la matrice) utilisée dans la fabrication des stratifiésest donc le facteur déterminant pour l’obtention des proprié-tés susmentionnées. Le prix des fibres de verre est peuélevé, quand on le compare au prix d’autres fibres derenforcement. Le traitement des tissus en fibres de verreavec des agents de pontage (finish) améliore l’adhérencedes résines, particulièrement en présence d’humidité lors dela stratification.

Les tissus en Aramide (Kevlar)L'utilisation de filaments d'aramide se justifie par un souci degain de poids. Des éléments soumis à une usure parfrottement ou qui requièrent une bonne résilience (p. ex.protection contre la grêle des bords d’attaques des empen-nages d’avions, kayaks) sont renforcés par des compositesà fibres d’aramide. La solidité et la rigidité sont meilleuresque celles obtenues avec des fibres de verre E.L’amortissement des chocs, l’ininflammabilité et la remar-quable résistance aux produits chimiques caractérisentégalement les tissus d’aramide. Le façonnage des stratifiés(sciage, ponçage, etc) est très difficile.

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1) Werte bezogen auf Faseranteil 43Vol.%2) Werte bezogen auf Faseranteil 50Vol.%3) Bidirektionale Gewebe. Die höheren Werte werden

von Köper- und Atlasgeweben bei optimaler Laminatqualität erreicht.

4) Unidirektionale Gewebe. Werte sind abhängig vomKett-Schuss-Verhältnis

1) Teneur en fibres 43% en volume2) Teneur en fibres 50% en volume3) Tissus bidirectionnels. Les valeurs les plus élevées

sont obtenues avec des tissus croisés ousatins pour un stratifié optimal.

4) Tissus unidirectionnels. Les valeurs dépendent durapport chaîne/trame.

Zugfestigkeit / Résistance à la traction (3) MPA 330-400 560-650 460-540Zugfestigkeit / Résistance à la traction (4) MPA 590-680 950-1100 790-900DIN EN 61E-Modul aus Zugversuch / Module d'élasticité (3) GPA 19-21 52-58 22-27E-Modul aus Zugversuch / Module d'élasticité (4) GPA 24-35 90-100 44-47DIN EN 61Druckfestigkeit / Résistance à la compression (3) MPA 310-440 450-520 130-165Druckfestigkeit / Résistance à la compression (4) MPA 480-600 600-800 180-190DIN 53454

Festigkeitswerte von GewebelaminatenValeurs de résistance des stratifiés Glas/verre 1) Carbon 2) Aramid 2)

KohlenstoffasergewebeKohlenstoffasern (Carbonfasern) weisen höhere Festigkeitund bedeutend höhere Steifigkeit auf als Glasfasern. Dasspezifische Gewicht von Laminaten ist etwas niedriger.Daher werden sie vor allem für steife Konstruktionen einge-setzt.Beispiel: Die Tragfläche eines Segelflugzeugs mit grosserSpannweite würde in Glasfaserbauweise die Belastungzwar aushalten, sich aber sehr stark durchbiegen. DurchVerwendung von Kohlenstoffasern werden die Durchbie-gung und das Gewicht verringert.Die Dauerfestigkeit bei dynamischer Belastung ist hervorra-gend, die Wärmeausdehnung sehr gering. Wegen derSchlagempfindlichkeit von Kohlenstoffaserlaminaten sol-len sie bei Schlagbeanspruchung nicht eingesetzt oderdurch Kombination mit Aramid geschützt werden (z.B. Hy-bridgewebe).

Les fibres de carboneLes fibres de carbone présentent une plus grande résistanceet une rigidité nettement supérieure à celle des fibres deverre. La densité des stratifiés est légèrement plus faible. Onles utilise essentiellement dans la construction de piècesrigides.Exemple: l’aile d’un planeur de grande envergure construiteen fibres de verre pourrait supporter les contraintes, mais uneflèche très importante des ailes apparaîtrait. Grâce à l’utilisa-tion des fibres de carbone, on peut réduire et le poids del’appareil et la flèche des ailes. La résistance à la fatigue sousles charges dynamiques est excellente et la dilatationthermique est très faible. Les stratifiés fibres de carbone nedevraient pas être exposées aux chocs mécaniques, leurcapacité de résistance sur ce point étant limitée. Dans cecas il convient donc de les combiner à des aramides(exemple: les tissus hybrides).

Uebersicht Verstärkungsfasern - Aperçu des fibres de renforcement


In Verbundwerkstoffen sind die Verstärkungsfasern in eineKunstsharzmatrix eingebettet. Die Verstärkungsfasern lie-gen häufig in Form von Geweben vor.Gewebe sind durch die rechtwinklige Verkreuzung derbeiden Fadensysteme (Kette und Schuss) gekennzeichnet.Die Art und Weise, wie sich diese Fäden kreuzen, wirdBindung genannt. Zusammen mit der Einstellung (Anzahlder Fäden pro cm) und dem eingesetzten Faserstoff be-stimmt die Bindung die Eigenschaft der Gewebe.Ueberwiegend finden die einfachen Grundbindungen wieLeinwand, Köper und Atlas anwendung.

Die LeinwandbindungDie einfachste Gewebebindung ist die Leinwandbindung(englisch : plain) mit der engsten Verkreuzung von Kette undSchuss. Durch die gleichmässige Verkreuzung beider Fa-densysteme entstehen zwei identische Gewebeseiten nachder Bindungsformel L 1/1.Leinwandgebundene Gewebe sind schlecht drapierbar unddie Steifigkeit im Laminat ist mangels geradem Fadenanteilam geringsten. Die Schiebefestigkeit im Rohgewebe istdank diesen Eigenschaften jedoch sehr gut.

Die KöperbindungUnter den Köperbindungen gibt es eine Vielzahl von Variatio-nen. Charakteristisch sind die schrägen, parallel verlaufen-den Kreuzungspunkte (Köpergrat). Fälschlicherweise wer-den solche Gewebe oft als "Diagonalgewebe" bezeichnet.Köpergewebe können zwei gleiche Gewebeseiten aufwei-sen. Durch die Köperbindung entstehen Kräfte in Köpergra-trichtung die bei nicht ausgewogenem Laminataufbau zuSpannungen bis zum Verbiegen von Laminaten führenkönnen. Um diese Kräfte aufzuheben wird häufig dieKreuzköperbindung (Köper 2/2) (englisch : crowfoot) ver-wendet, bei welcher sich die Köpergratrichtung ständigändert. Diese Webart ergibt flexible Gewebe mit guterDrapierbarkeit die sich auch um sphärisch gewölbte Teilelaminieren lassen. Der gerade Fadenanteil ist wesentlichgrösser als bei der Leinwandbindung. Laminate werdendadurch wesentlich steifer.

Dans les matériaux composites, les fibres de renforcementsont noyées dans une matrice en résine synthétique. Lesfibres de renforcement existent souvent sous forme de tissus.Les tissus sont caractérisés par l'entrecroisement à angledroit des deux systèmes de fils (chaîne et trame). Le modede entrecroisement des fils est appelé armure. L’armure ainsique le compte (nombre de fils par cm) et la matière des fibresutilisées déterminent les caractéristiques du tissu.Dans laplupart des cas, les armures simples comme la toile, le sergéet le satin sont utilisés.

L’armure toile (taffetas)L’armure la plus simple est l’armure toile (en anglais: plain)avec le croisement le plus serré des fils de chaîne et de trame.Le croisement régulier des deux systèmes de fils produitdeux côtés égaux suivant la formule d’armure L 1/1.

Les tissus de toile se drapent mal et la rigidité obtenue dansle stratifié est la plus basse, à cause de la faible proportiondes fils de chaîne. A cause de ces caractéristiques, le tissusec présente une bonne résistance à l’éraillement.

L’armure croisée (sergé)Il y a un grand nombre de variantes de l’armure croisée. Unecaractéristique de l’armure croisée est l'entrecroisementoblique (sillon du sergé). Les tissus à armure croisée sontsouvent incorrectement appelés „tissus diagonaux“.Les sergés peuvent présenter deux côtés égaux. L’armurecroisée produit des forces dans la direction du sillon du sergé.Si le stratifié est conçu de façon mal équilibrée, ces forcespeuvent provoquer des contraintes, voire des déformations dustratifié. Pour éviter la génération de ces contraintes, on faitsouvent appel à l’armure dite sergé croisé (croisé 2/2, enanglais „crowfoot“), dans laquelle la direction du sillon changecontinuellement. Ce tissage produit des tissus flexibles etfaciles à draper, qui se prêtent à la stratification de composantsbombés. La proportion des fils de chaîne de ces tissus estbeaucoup plus grande que celle des tissus à armure toile. Lesstratifiés à tissus de sergé sont très rigides.

Webarten - Modes de tissage


Die AtlasbindungFür Verbundwerkstoffe werden nur zwei Grundformen desAtlas (englisch : satin) angewandt. Um diese Bindung her-stellen zu können, benötigt der Weber mindestens 5 bzw. 8Fäden oder Schäfte (englisch harness). Daher wird auch imenglischen Sprachgebrauch von "five" bzw. "eight harnesssatin" gesprochen. Die Bindungspunkte berühren sich nicht,sondern liegen entspechend einer bestimmten Ordnung imBindungsrapport verteilt, nach der Bindungsformel A 1/4oder A 1/7, was immer unterschiedliche Gewebeseitenergibt. Atlas gebundene Gewebe ergeben die beste Steifig-keit im Laminat, erfordern in der Regel etwas mehr Aufwandbeim Tränken, lassen sich aber sehr gut auch um sphärischgewölbte Teile Laminieren.

L'armure satinPour la fabrication de matériaux composites, on n’utilise quedeux formes prinzipales de satin. Pour la production de cettearmure, le tisserand a besoin d’au moins 5 ou 8 fils ou lames(en anglais „harness“). C’est pour cela qu’en anglais, on parlede „five-harness satin“ ou de „eight-harness satin“. Les pointsd’entrecroisement ne se touchent pas mais sont répartisdans l’armure selon un certain ordre, d’après la formuled’armure A 1/4 ou A 1/7; cela produit des coupons de tissutoujours différents.Les tissus de satin fournissent la meilleur rigidité dans lestratifié. Leur imprégnation est normalement un peu difficile.Ils se prêtent en revanche très bien à la production de stratifiésbombés.

Drapierbarkeit beim Laminieren und Schiebefestigkeit imRohgewebe sind zwei entgegengesetzte Forderungen.Aufgrund der häufigen Fadenverkreuzung ist die Schiebefe-stigkeit bei einer Leinwandbindung grösser als bei der Köperoder Atlasbindung. Die Handhabbarkeit im nicht imprägnier-ten Zustand ist also besser (Ausfransen, Verziehen etc.).Fadenverschiebungen, die zu Leistungsminderung im Ver-bundwerkstoff führen, treten weniger schnell auf.Eine häufige Fadenverkreuzung führt aber zu einer schlech-teren Drapierbarkeit (Verformbarkeit) des Gewebes. Sphä-risch gewölbte Teile lassen sich also mit Atlas- oder Köper-gebundenen Geweben leichter herstellen. Auch führt diehäufige Fadenverkreuzung bei der Leinwandbindung zuvielen Abweichungen der Kett- und Schussfäden von dergeraden Garnachse (geringer gerader Fadenanteil). DieGarne liegen wellenförmig im Gewebe und wirken wie eineFeder, was die Ausnutzung der Garnzug- und Druckfestig-keit im Verbundwerkstoff mit zunehmender Gewebedickereduziert.Zusammenfassung Abschliessend kann man sagen, dassdie Leinwandbindung für flache Platten oder für geringeVerformungen geeignet ist. Für komplizierte Formteile nimmtman meistens die drapierfähigen Köper- oder Atlasbindun-gen, die zudem noch steifere Laminate ergeben. DünneGewebe bis ca. 100g/m2 sind nur in Leinwand erhältlich.

La facilité à draper et la résistance à l’éraillement du tissu secsont des exigences contraires.Grâce à ses innombrables entrecroisements des fils, la toile(ou taffetas) présente une plus grande résistance à l’éraille-ment que le sergé ou le satin. La manipulation du tissu avantson imprégnation est donc facile (pas d’effrangement, pas dedéformation par étirage, etc). L’éraillement des fils, quidiminue les propriétés du matériau composite se produitmoins souvent. Par contre, le drapement (la déformation)d’un tissu qui comporte de très nombreux points d’entrecroi-sement est malaisé. Les armures de sergé ou de satin seprêtent donc mieux à la fabrication d’objets bombés qu’unearmure de toile. Les innombrables points d’entrecroisementde la toile provoquent de nombreuses déviations des fils dechaîne et de trame, par rapport à l’axe de la chaîne (proportiondes fils droits diminuée). Les fils ont tendance à onduler etagissent comme des ressorts, ce qui diminue l’avantage dela résistance à l’étirement et à la compression des fils dansle matériau composite, proportionnellement à l’épaisseur dutissu.

RésuméEn conclusion, on peut dire que la toile se prête à lafabrication de plaques et de pièces peu déformées. Pourréaliser des pièces de formes complexes, on utilisera lestissus faciles à draper que sont le sergé et le satin qui, deplus, produisent des stratifiés plus rigides. Les tissus lesplus minces, jusqu’à environ 100 g /m2 sont exclusivementfournis sous forme de toile.

Leinwandbindung Köperbindung

Dapierbarkeit/Schiebefestigket - Drapement/résistance à l'éraillement


Filamentgarne bestehen aus einem Bündel einzelner dün-ner Filamentfäden, die in einem Spinnprozess aus einerSchmelze oder einer Lösung kontinuierlich hergestellt wer-den.Der Durchmesser der Filamente beeinflusst die Festig-keitseigenschaften und Verarbeitungseigenschaften einesGarnes. Uebliche Filamentdurchmesser sind:

- bei E-Glas 4-17 µm- bei Kohlenstoff 5-7 µm- bei Aramid 12 µm

Die Filamente werden bei der Herstellung zu einem Bündel,dem Spinnfaden, zusammengefasst. Um bessere Verar-beitungseigenschaften zu erzielen, wird der Faden meistmit einer Schutzdrehung versehen.Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal der Garne istdie längenbezogene Masse (Feinheit, Titer, Garnnum-mer), die in der Physikalischen Einheit tex (1 tex = 1g/1000m) angegeben wird.Je nach Anwendung werden verschiedene Garntypen ein-gesetzt, die dem Gewebe unterschiedliche Struktur undEigenschaften verleihen. Ein Filamentgarn ist durch dieSchutzdrehung gut verarbeitbar bei guter Harztränkfähig-keit. Ein Zwirn gleicher Feinheit, ist im Gegensatz dazukompakter und dichter, die Tränkfähigkeit ist etwas verrin-gert.

Drehrichtung Man unterscheidet 2 Drehrichtungen, die Z-Drehung und die S-DrehungDirection du tordage. On distingue deux directions detordage, les tordages Z et S.

Les fils continus sont constitués d’un faisceau de filamentsindividuels, obtenus par filage ininterrompu à travers descreusets contenant une solution ou le matériau en fusion.Le diamètre des filaments détermine les propriétés derésistance et de façonnage d’un fil.Les diamètres les plus courants sont:

Pour le verre E 4-17 µmPour le carbone 5-7 µmPour l’aramide 12 µm

Les filaments sont réunis en faisceau lors de leur filage; ilsforment le fil, dont le façonnage est amélioré par un tordage deprotection. Un critère important de différentiation des fils, basésur le rapport entre la masse et la longueur (finesse, diamètre,numéro du fil) est l’unité physique appelée tex (1 tex = 1 g/1000m) Différents types de fils sont utilisés selon les besoins,qui confèrent aux tissus des structures et des propriétésdifférentes. Grâce au tordage de protection, les fils sont defaçonnage facile et présentent un bon mouillage par lesrésines. Au contraire, un fil retors de même finesse est pluscompact et de densité plus grande, ce qui diminue quelque peuses propriétés de mouillage.

Filamentgarn wird aus einem Spinnfaden hergestellt. Mei-stens erhält ein Filamentgarn eine leichte Drehung (Schutz-drehung) von ca. 10-40 Drehungen pro Meter.Fil continu Le fil continu est obtenu par un seul filage. Leplus souvent, le fil est légèrement tordu (tordage de protec-tion) d’environ 10 à 40 torsions par mètre.

Zwirn besteht aus zwei oder mehreren einfachen odergefachten Garnen, die miteinander verdreht sind (ca. 100-200 Drehungen pro Meter).Fil retors Le fil retors est constitué de deux ou plusieurs filsou faisceaux de fils qui sont tordus ensemble (environ 100à 200 torsions par mètre).

Roving besteht aus einem oder mehreren Spinnfäden, dieohne Drehung zu einem Strang zusammengefasst werden.Mèche (en anglais rowing ou stratifil) Une mèche estconstituée d’un ou de plusieurs fils de filage, rassemblés enécheveau, sans torsion.

Stapelfasergarn besteht aus Fasern endlicher Länge, diedurch Erteilung einer Drehung miteinander verbunden sind.Bei synthetischen Materialien sind Längen von wenigen cmüblich, bei Glas Längen von wenigen Dezimetern.Fibranne La fibranne est constituée de fibres courtes, delongueur finie, assemblées par torsion. Lorsque les fibressont d’un matériau synthétique (laine artificielle), leur lon-gueur n’atteint que quelques cm; lorsque les fibres sont deverre (verranne), elles atteignent quelques décimètres.

Filamentgarn

Zwirn

gefachtes Garn

Roving

Stapelfasergarn

Texturierte Garne

Garnaufbau - Structure des fils


Glasfilamentgarne werden vom Faserhersteller mit einerTextilschlichte versehen, um das Garn während der Verar-beitung zu schützen. Diese Schlichte wirkt einer Haftungzwischen Faser und Harz entgegen. Um eine gute Haftungzu erreichen wird die Textilschlichte vom Gewebe entferntund nachfolgend mit einem Haftvermittler (Finish) beschich-tet. Bei den Haftvermittlern handelt es sich meist um modi-fizierte Silane, die an das Matrixmaterial (Harz) angepasstwurden. Die Verarbeitungseigenschaften der Gewebe wieDrapierbarkeit und Tränkverhalten werden in diesemzweiten Finishprozess nochmals deutlich verbessert. EinenKompromiss zwischen Textilschlichte und Finish stellt dieSilanschlichte dar. Der Faden ist hierbei mit einer Schlichteversehen, die haftvermittelndes Silan sowie Gleit- undSchmiermittel enthält. Die Eigenschaften in den textilenProzessen sind zwar schlechter, jedoch erübrigt sich eineNachbehandlung.

Eigenschaftsvergleich Textilschlichte - Finish - Silan-schlichte

VerarbeitungGefinishte Gewebe sind weicher und geschmeidiger, dieTränkung besser und die Tränkgeschwindigkeit bedeutendhöher. Glasklare Laminate sind daher nur mit gefinishtenGeweben zu erreichen.

FestigkeitseigenschaftenDie Haftung der gefinishten Gewebe am Harz (Matrix) istbesser als die von Geweben mit Silanschlichte und bedeu-tend besser als die von Geweben mit Textilschlichte. Beson-ders nach der Einwirkung von Feuchtigkeit. Eine Trübungvon Laminaten aus textilgeschlichteten und silangeschlich-teten Geweben unter Feuchtigkeitseinwirkung verdeutlichtdie gestörte Haftung. Ein Mass für die Güte der Haftung istdie interlaminare Scherfestigkeit (ILS). Aber nicht nur dieScherfestigkeit, sondern auch die Zugfestigkeit wird von derHaftung beeinflusst, da die Verteilung einer eingeleitetenZugkraft auf die Einzelfasern Schubkräfte verursacht. DieZugfestigkeit von Silangeweben ist etwas besser (ohneFeuchtigkeit) als bei gefinishten Geweben.

ZusammenfassungLaminate aus gefinishten Geweben sind in ZugfestigkeitLaminaten aus Geweben mit Textilschlichte deutlich überle-gen. Insbesondere zeigt sich die Überlegenheit in der inter-laminaren Scherfestigkeit, die nur auf die Haftung der einzel-nen Gewebelagen untereinander beruht und auch eineKennzahl für die Lebensdauer unter Belastung darstellt. Dieetwas bessere Zugfestigkeit bei silangeschlichteten Gewe-ben ist in der Praxis ohne Bedeutung.

Les fils de verre sont ensimés par le fabricant pour faciliter lesopérations de transformation (p. ex. tissage). Cet ensimageempêche une bonne liaison entre la surface des fibres et larésine. Pour obtenir une meilleure liaison à l’interface de larésine et de la fibre, l’ensimage primaire est éliminé du tissuet remplacé par un agent de pontage (finish).Les agents de pontage sont généralement à base de silane(tetra hydrure de silicium) modifié, adapté à la résine matri-ce. Grâce à ce second traitement, la mise en oeuvre et lemouillage des tissus sont encore améliorés. L’ensimage ausilane des fils est un compromis entre l’ensimage textileprimaire et le “pontage”: on procède à un ensimage du fil avecun produit contenant un agent de pontage de silane ainsiqu’un lubrifiant. Dans ce cas, le tissage des fils est moinsfacile, mais ce procédé permet d’éviter un traitement ulté-rieur du tissu.

Comparaison des caractéristiques des tissus “pontés”,ensimés ou ensimés au silane.

Mise en oeuvreLes tissus “pontés” sont plus doux et plus souples. Leurmouillage est meilleur et le temps d’imprégnation par larésine est nettement plus court. On ne peut donc obtenir desstratifiés transparents qu’avec des tissus “pontés”.

Caractéristiques mécaniquesL’adhésion des tissus “pontés” à la résine matrice estmeilleure que celle des tissus simplement ensimés, surtoutquand les tissus ont été exposés à l’humidité. L’opacité d’unstratifié réalisé avec un tissu ensimé ou ensimé au silane estla preuve d’une adhésion défectueuse due à l’humidité. Larésistance au cisaillement entre les couches d’un stratifiémet en évidence la bonne qualité de la liaison fibre-matrice.Mais la résistance à la traction dépend aussi de l’adhésionà la matrice, puisque la répartition des forces d’une tractionprovoque une poussée sur chacune des fibres. La résistanceà la traction d’un tissu ensimé au silane (en absenced’humidité) est légèrement supérieure à celle d’un tissu“ponté”.

RésuméLes stratifiés fabriqués avec des tissus “pontés” présententune résistance à la traction supérieure à ceux fabriqués avecdes tissus ensimés. Cette supériorité s’exprime particuliè-rement par la résistance au cisaillement interlaminaire, quidépend uniquement de l’adhésion des diverses couches detissus entre elles au sein du stratifié; elle est aussi un indicede la résistance à la fatigue sous contrainte.La résistance à la traction légèrement meilleure des tissusensimés au silane n’a, pratiquement, aucune importance.

Warum gefinishte Glasfilamentgewebe? - Pourquoi les fils des tissus sont-ils traités?


Festigkeitsverhältnis von Laminaten aus Gewebenmit Textilschlichte, Silanschlichte, gefinishten Ge-weben.

Comparaison des résistances de tissus traités (fi-nishI-550), ensimage silionne et ensimage textile seul.Trockene Laminate: Nach dem Härten 24 Std. Lage-rung in Normalklima (23°C/50% rel. Feuchtigkeit)Nasse Laminate: Nach dem Härten 2Std. in destillier-tem Wasser kochen.Stratifiés secs: Après le durcissement, le stockages'effectue en ambiance normale (23°C, 50% HR).Stratifiès mouillés: Après durcissement, on effectureune cuisson de 2 h dans de l'eau distillée.

20%

40%

60%

80%

100%

120%

ZugfestigkeitResistance à latractionDIN EN 61

Zug-E-ModulModuled'élasticitéDIN EN 61

ILS Interlami-nare Scherfe-stigkeit / Rési-stance au ci-saillement in-terlaminaireDIN EN 2563

Finish I-550 trocken / Finish I-550 sec (neuFK 144)Finish I-550 nass / Finish I-550 mouille (neuFK 144)

Silanschlichte trocken / Silionne à sec

Silanschlichte nass / Silionne au mouillé

0%Textilschlichte trocken / écru sec

Textilschlichte nass / écru mouille

Warum gefinishte Glasfilamentgewebe? - Pourquoi les fils des tissus sont-ils traités?


Die Festigkeitseigenschaften entsprechen denen von Metal-len (z.B. Alu-Legierungen), wobei das spezifische Gewichtvon Laminaten niedriger ist. E-Glasfasern sind unbrennbar,hitzefest bis ca. 400°C und beständig gegen die meistenChemikalien und Witterungseinflüsse.Herstellung Glasfasern werden im Schmelzspinnverfahren(Düsenzieh- Stabzieh- und Düsenblasverfahren) hergestellt.Die Elementarfäden können in unbegrenzter Länge mit einerGeschwindigkeit von 3-4km/Minute gezogen werden. DieElementarfäden (Einzelfilamente) haben einen Titer (Durch-messer) von ca. 9 - 15 Mikrometer und ergeben, zu 100 odermehr gebündelt und mit einer Schutzdrehung versehen, dasFilamentgarn, das zu Glasfilamentgeweben weiterverarbei-tet wird. Dagegen werden grobe Bündel, ohne Schutzdre-hung, als Roving bezeichnet.

E-Glas das meistverwendete Glas mit optimalem Preis-Leistungsverhältnis.

R- und S-Glas für erhöhte mechanische Anforderungen.

D-Glas für erhöhte elektrische Anforderungen.C-Glas für erhöhte chemische Wiederstandsfä

higkeitQuarzglas mit hoher Temperaturbeständigkeit.

Für die Kunststoffverstärkung haben E-Glasfasern die grös-ste Bedeutung erlangt. "E" steht für Elektro-Glas, da esursprünglich vorallem in der Elektroindustie eingesetzt wurde.Für die Produktion von E-Glas werden Glasschmelzen ausreinem Quarz mit Zusätzen aus Kalkstein, Kaolin und Borsäu-re hergestellt. Sie enthalten neben Siliciumdioxid unterschied-liche Mengen verschiedener Metalloxide. In der Regel wirdnur E-Glas angeboten. Gewebe aus anderen Glassortenwerden nur Auftragsbezogen hergestellt.ToxizitätGlasgewebe enthalten keine gesundheitsgefährdenden odergiftige Stoffe. Aufgrund der Filamentdurchmesser (grösserals 4 Micrometer) und der chemischen Struktur des Glasestreten nach bisherigen Erkenntnissen keine karzinogenenWirkungen auf. Die maximal zulässige Arbeitsplatzkonze-tration (MAK-Wert) von Glasstaub beträgt 6 mg/m3 (Deutsch-land).

Les caractéristiques de résistance des fibres de verre corre-spondent à celles des métaux (p. ex. alliages d’aluminium),mais le poids volumique des stratifiés est plus faible que celuides métaux. Les fibres de verre E sont ininflammables, résis-tantes à la chaleur jusqu’à 400 °C environ et résistantes à laplupart des substances chimiques ainsi qu’aux intempéries.Fabrication Les fibres de verre sont fabriquées par filage dumatériau en fusion. On peut filer les filaments élémentaires surdes longueurs illimitées, à des vitesses de 3 à 4 km/min. Cesfilaments individuels ont des diamètres de 9 à 15 µm. Assem-blés en faisceaux de 100 ou plus, ces filaments, après untordage de protection, forment le fil continu utilisé pour le tissagedes tissus en fibres de verre. Par contre, on désigne sous le nomde mèche (rowing) des écheveaux grossiers sans tordage deprotection.

Verre E Le verre le plus utilisé au meilleur rapport prix /performances, optimal entre prix et caractéristiques.

Verre R et S pour les exigences mécaniques élevées.Verre D pour les exigences électriques élevées.Verre C pour une résistance élevée aux agents chi

miques.Verre de quartz à haute résistance thermique.

Les fibres de verre E sont les fibres les plus utilisées pourle renforcement des composites. La lettre „E“ vient de„Elektroglas“, car ce verre était surtout utilisé, au début, dansl’industrie de l’équipement électrique. Le verre E est produità partir de quartz pur en fusion, additionné de chaux, de kaolinet d’acide borique. Le matériau en fusion contient, en outre,du dioxyde de silicium ainsi que des quantités variables dedivers oxydes métalliques.Dans le commerce, on n’offre pratiquement que des tissus enfibres de verre E. Les tissus en fibres d’autres types de verrene peuvent être obtenus que sur commande.Toxicité: Les tissus en fibres de verre ne contiennent pas desubstances toxiques ou dangereuses pour la santé. A l’heureactuelle, aucun effet carcinogène n’est connu, probablementà cause du diamètre des filaments, supérieur à 4 µm. Laconcentration maximale en poussière de verre admise sur lelieu de travail est de 6 mg/m3 (indice MAK, Allemagne).

* Constante diélectrique **Coefficient de dilatation thermique

Glasart/Typ de verre Einheit/Unité E-Glas R-Glas D-Glas C-Glas QuarzSiO % 53-55 ca. 60 72-75 60-65 99,5Al2O3 % 14-15 ca. 24 --- < 6 ---B2O3 % 6-8 --- <23 <7 ---CaO % 17-22 ca. 9.0 --- ca. 14 ---MgO % <5 ca. 6.0 --- <3 ---K2O, Na2O % <1 <0,5 <4 8-10 ---andere oxide / autres oxides % ca. 1 --- <1 <1.5 0,5

Dichte / Densité g/cm3 2.6 2.53 2.14 2.45 2.1Zugfestigkeit / Resistance à la traction MPA 2400 4400 2500 3100 <1000E-Modul / Module d'elasticité GPA 73 86 55 70 15-70Bruchdehnung / Allongement à la rupture % 3,5-4 4,5 3 3,5-4 1,5spez. elektr. Wiederstand /Résistivité Ohm/cm 20°C 1015 1014-1015 --- 1014-1018 1018

Dielektrizitätskonstante / Constante diélectrique 106 Herz 5.8-6.7 5.6-6.2 3.8-4.0 6.8 3.8Wärmedehnungskoeffizient/Coefficient de dilatation thermique10-6 K-1 5.0 4.0 2-3 7.2 0.55

Glasfasern - Fibres de verre


Aramid/Aramide Einheit/Unité Low Module (LM) High Module (HM)Dichte / Densité g/cm3 1.44 1.45Zugfestigkeit / Résistance à la traction MPA 2800 2900E-Modul / Module d'élasticité 59 127Bruchdehnung / Allongement à la rupture % 4 1.9Wärmeausdehnungskoeffizient / Coefficient de dilatation thermique 10-6K -2.3 -4.1Wärmeleitfähigkeit / Conductibilité thermique W/m K 0.04 0.04Zersetzungstemperatur / Température d'altération °C 550 550Feuchtigkeitsaufnahme/Absorption d’humidité (20°C, 65% r.F.) % 7 3.5Elektr. spez. Wiederstand / Résistivité Ohm/cm 1015 1015Herstellerbezeichnung / Désignation commerciale DuPont Kevlar 29 Kevlar 49

Akzo Twaron LM Twaron HM

Aromatisches Polyamid (Aramid) wurde 1965 von derFirma DuPont entdeckt und unter dem Namen Kevlar zurMarktreife entwickelt.Aramidfasern besitzen eine hohe spezifische (gewichtsbe-zogene) Festigkeit, niedrige Dichte, hohe Schlagzähigkeit,gute Wärmebeständigkeit und Dimensionsstabilität, guteSchwingungsdämfung und ein hohes Arbeitsaufnahme-vermögen, sind jedoch empfindlich gegen UV-Strahlung.Senkrecht zur Faserlängsachse ist die Festigkeit relativgering. Demnach sind die Querfestigkeit und die Druckfe-stigkeit von Aramidfaserkunstoff, verglichen mit GFK oderCFK, wesentlich niedriger (z.B. interlaminare Scherfestig-keit ca. 50% der Materialfestigkeit).

AramidsortenHochmodulfasern (HM) wie Kevlar 49 oder Twaron HMwerden hauptsächlich für schlag- und stossbeanspruchte,verschleissfeste Leichtbauteile eingesetzt.Niedermodulfasern wie Kevlar 29 oder Twaron LM wer-den für die weiche und harte Ballistik (Schusswesten undPanzerungen) verwendet.

Feuchtigkeitsaufnahme Aramidfasern neigen zur Feuch-tigkeitsaufnahme. Nach Werkstoffleistungsblatt dürfen Ara-midgewebe für die Luft- und Raumfahrt nur bis zu 3%Feuchtigkeit enthalten. Nach längerer, ungeschützter La-gerung kann die Wasseraufnahme bis zu 7% betragen,weshalb solche Gewebe vor der Verarbeitung im Ofen bei120°C ca. 1-10 Stunden zu trocknen sind.

Thermische StabilitätDie Fasern können bis ca. 150°C ohne nennenswertenFestigkeitsabfall belastet werden. Aramide sind entflamm-bar, jedoch bei Entfernen der Feuerquelle selbstverlö-schend. Sie schmelzen nicht, verkohlen aber bei hohenTemperaturen. Nach mehrtägiger Belastung mit Tempera-turen um 250°C beträgt die Restzugfestigkeit ca. 50%.Schlichten / FinishFür Aramidfasern stehen keine chemisch wirkenden Haftver-mittler zur Verfügung. Die Fasern werden daher Coronabe-handelt. Die zum Schutz der Faser aufgebrachte Webschlichtevermindert die Haftung Harz : Faser. Gewebe für die Luft- undRaumfahrt werden daher nach der Herstellung gewaschen.Die Gewebe sind somit entschlichtet, das Harz haftet direktauf der Faser. Eine Verarbeitung im Autoklav verbessert dieHaftung wesentlich.Matrixharze Aufgrund der relativ guten Harz/Faserhaftungwerden Epoxydharze bevorzugt.

Le polyamide aromatique (aramide) a été découvert en 1965par la DuPont et introduit sur le marché, après son dévelop-pement, sous le nom de Kevlar. Les fibres d’aramidepossèdent une résistance spécifique (par rapport au poids)élevée, une faible densité, une grande résilience, une bonnerésistance thermique et un bon maintien dimensionnel. Ellesprésentent aussi une bonne capacité d’amortissement desoscillations et d’absorption d’énergie (travail); par contre,elles sont sensibles aux UV. La résistance aux sollicitationsexercées perpendiculairement au sens des fibres est relati-vement faible avec, pour conséquence, une résistance à lacompression et aux contraintes transversales inférieure àcelle des composites en fibres de carbone ou de verre (p. ex.la résistance au cisaillement s’élève à 50% de la résistancedu matériau).Sortes d’aramides Les fibres à haut module (HM) commele Kevlar49 ou le Twaron HM sont surtout utilisées pourla production de composants légers qui doivent résister auxchocs et aux coups. Les fibres à bas module comme leKevlar 29 ou le Twaron LM sont utilisées pour lafabrication de matériaux souples résistants aux projectiles(gilets pare-balles) et pour la production de blindages.Absorption de l’humidité D’après les tables de donnéessur les performances exigées dans les domaines de l’aéro-nautique et de l’astronautique, les tissus d’aramide nedoivent pas contenir plus de 3% d’humidité. Après un entre-posage prolongé sans protection, l’absorption d’eau par letissu peut atteindre 7%, ce qui rend son séchage indispen-sable pendant 1 - 10 heures dans un four chauffé à 120°C,avant sa mise en oeuvre.Stabilité thermique On peut solliciter les fibres jusqu’à unetempérature d’environ 150°C sans diminution notable de larésistance. Les aramides sont inflammables mais s’éteignentd’eux-mêmes dès qu’on les éloigne de la source de feu. Ils nefondent pas, mais ils carbonisent aux températures élevées.Après avoir été soumis à des températures de 250 °C environpendant plusieurs jours, leur résistance résiduelle à la tractions’élève encore à 50 % environ.Ensimage / Pontage Il n’existe pas d’agent d’accrochagechimique efficace pour les fibres d’aramide. Pour cette raison,les fibres sont souvent soumises à un traitement dit “corona”.Par conséquent, les tissus utilisés dans les constructionsastronautiques et aéronautiques sont d’abord lavés pour élimi-ner l’ensimage, ce qui permet à la résine d’adhérer directementà la fibre. Un traitement dans l’autoclave améliore considéra-blement l’adhérence de la résine aux fibres.Résines de matrice A cause de l’adhérence relativementbonne entre fibres et résine, on préfère les résines époxy.

Aramidfasern - Fibres d'aramide


Kohlenstoffasern (C-Fasern) bestehen zu über 95% ausreinem Kohlenstoff und werden durch Pyrolyse (Verkokung)nicht schmelzbarer Kohlenstoff-Polymerfäden gewonnen.Nach dem Spinnen der PAN-Faser werden die verknäueltenPolymerketten durch Verstrecken zur Faserrichtung ausge-richtet. Die Umwandlung zur Kohlenstoffaser erfolgt in dreiStufen:- Die Voroxidation findet in Sauerstoffreicher Atmosphäre

bei 200° - 300°C statt, wobei die Faser unter Vorspannung gehalten wird;

- die Pyrolyse (Carbonisierung) erfolgt bei 800° - 1500°Cunter inertgasatmosphäre;

- anschliessend ist noch eine Hochtemperaturbehandlung bei 2000° - 3000°C möglich.

Temperaturhöhe und Vorspannung bestimmen die Eigen-schaften, da hiervon ein massgeblicher Einfluss auf denOrientierungsgrad der C-Ketten ausgeht.EigenschaftenKohlenstoffasern besitzen eine hohe Zugfestigkeit, hohenE-Modul, niedriges spezifisches Gewicht, geringe Bruch-dehnung und eine hohe Temperaturbelastbarkeit. Sie sindchemisch weitgehend inert. Die Faseroberfläche ist sehrgross: bei einem Faserdurchmesser von 7 Mikrometer undeinem Faservolumenanteil von 50% ergibt sich für 1 cm3

Laminat eine rechnerische Faseroberfläche von 2800cm2.Beeinflusst durch die Oberflächenrauhigkeit der Fasern liegtdieser Wert tatsächlich noch wesentlich höher.WerkstoffvergleichFür eine aussagefähige Beurteilung kann die Festigkeit ver-schiedener Werkstoffe in das Verhältnis zu ihrem spezifischenGewicht gesetzt werden. Bei Leichtbauteilen entscheideneine mit herkömmlichen Werkstoffen vergleichbare Festigkeitbei geringerem Gewicht über die Verwendung.Bei gleichem Gewicht hat CFK die fünffache Zugfestigkeit undSteifigkeit von Stahl. 1 kg CFK kann 5 kg Stahl ersetzen!

Microstruktur der Kohlenstoffaser auf Basis von Polyacryl-nitril (PAN)Microstructure de la fibre de carbone à base de polyacrylo-nitrile (PAN).

Les fibres de carbone (fibres C) sont formées, à plus de 95%,de carbone pur. Elles sont obtenues par pyrolyse de fils nonfusibles de polymères de carbone. Après le filage des fibresPAN (poly-acrylo-nitrile), les pelotes des chaînes du polymèresont orientées dans le sens des fibres par étirage. La transfor-mation en fibre de carbone est réalisées en trois étapes:La préoxydation, effectuée, dans une atmosphère riche enoxygène, à 200 - 300°C, où les fibres sont maintenues souspré-tension. La pyrolyse (carbonisation), réalisée à 800 -1500°C dans une atmosphère de gaz inerte. Le traitement àhaute température (2000 - 3000°C, graphitisation).La température et la pré-tension déterminent les caractéris-tiques du produit car elles influencent , de façon déteminante,l’orientation des chaînes de carbonePropriétés Les fibres de carbone possèdent une granderésistance à la traction, un module d’élasticité élevé, un poidsvolumique bas, un faible allongement à la rupture et une granderésistance aux températures; elles sont largement chimique-ment inertes. La surface des fibres est très grande. Si lediamètre de la fibre est de 7 µm et si la teneur volumique en fibresdu matériau composite s’élève à 50 %, 1 cm3 de stratifiépossède une surface théorique de fibres de 2800 cm2. Grâce àla rugosité de la surface des fibres, la surface réelle totale estencore beaucoup plus grande.Comparaison entre matériaux Pour réaliser une comparai-son valable entre divers matériaux, on peut comparer le rapportentre la résistance et le poids volumique des matériaux enquestion. Les matériaux à utiliser pour des composants légersdoivent posséder une résistance correspondant à celle desmatériaux classiques, mais ils doivent être considérablementplus légers que ceux-ci. A poids égal, les composites aux fibresde carbone possèdent une résistance à la traction et une rigiditécinq fois plus élevées que celles de l’acier. 1 kg de compositerenforcée aux fibres de carbone peut donc remplacer 5 kgd’acier!

in Querrichtung zur Faserrichtung ist die Festigkeit geringDans le sens perpendiculaire aux fibres, la résistance estfaible.

Die Kohlenstoffschichten lagern sich zu bandartigen Bün-deln zusammen. Durch ausrichtung dieser Kohlenstoffbän-der zur Faserachse wird die hohe Festigkeit und Steifigkeitder Faser erreicht.

Les couches de carbone se déposent en formant desfaisceaux ressemblant à des rubans. La résistance et larigidité de la fibre sont produites par l’orientation de cesrubans de carbone dans l’axe de la fibre.

Kohlenstoffasern/Carbon - Fibres de carbone

Seite 14swiss-composite gewebe-infoNF Normalfeste FaserBei einer Glühendtemperatur von 1100°C entsteht die normalfe-ste NF-Faser. Dieser Fasertyp besitzt eine gute Zugfestigkeit,eine Bruchdehnung von 1,3% und einen niedrigen E-Modul.

HT oder HTA Hochfeste FaserBei einer höheren Glühendtemperatur von 1400°C entsteht dieHT-Faser (High Tenacty = hochfeste Faser).Die Zugfestigkeit (ca. 3400 MPA) ist bei einer Bruchdehnung von1,4% hoch, der Modul mit ca. 235 GPA relativ niedrig.Im Flugzeug-, Modell- und Sportgerätebau wird die HT-Faser amhäufigsten eingesetzt. Sie besitzt eine hohe Festigkeit und Stei-figkeit bei akzeptabler Bruchdehnung und ist durch "niedrige"Glühendtemperaturen kostengünstig herzustellen.

HM Hochmodul FaserDurch Hochtemperaturbehandlung (Graphitierung) bei über2200°C erhält man die HM-Faser (High Modulus). Die Bruchdeh-nung liegt mit 0,6% sehr niedrig, die Zugfestigkeit (ca. 2300 MPA)ist vergleichsweise gering, der E-Modul (350 - 400 GPA) jedochsehr hoch.

UHM Ultrahochmodul-FaserUHM-Fasern sind bei 3000°C graphitiert. Sie besitzen einen sehrhohen Modul bei geringer Zugfestigkeit und einer sehr niedrigenBruchdehnung unter 0,5%. CFK-Bauteile aus UHM-Kohlenstoffsind ausserordentlich steif, können aber wegen ihrer geringenBruchdehnung und der damit verbundenen sehr geringen Schlag-zähigkeit nur in Sonderfällen eingesetztz werden.HST IM Zwischenmodul FaserHier gibt es eine ganze Reihe innovativer Entwicklungen. Bereitserhältlich sind die HST-Fasern (High Strain = dehnfähig), hierspeziell die noch in einer dynamischen Entwicklung befindlichenIM-Fasern (Intermediate Modulus = Zwischenmodul-Fasern).IM-Fasern besitzen bei einer hohen Bruchdehnung von 1,7%eine sehr hohe Zugfestigkeit (5400 MPA) bei gutem E-Modul von(290 GPA)

HaftvermittlerUm eine möglichst gute Haftung des Harzes auf der Faser zuerreichen, sind die Rovings und Gewebe in der Regel mit einerepoxydhaltigen Präparation imprägniert. Der Anteil liegt bei 1,3%des Gewebegewichtes. Als Matrix empfehlen wir EP-Harz, eineVerarbeitung mit UP, VE- und PI-Harzen ist jedoch auch möglich.BesonderheitenKohlenstoffilamentgewebe dürfen keinesfalls geknickt oder mitschafkantigen Werkzeugen wie Metallscheibenrollern verarbei-tet werden. Bei einer Beschädigung der Filamente ergeben sichzwangsläufig Sollbruchstellen.SicherheitshinweiseKohlenstoffasern, Faserbruchstücke und Faserabrieb habeneinige besondere Eigenschaften:Aufgrund der elektrischen Leiftfähigkeit ist die Einwirkung aufelektrischen Anlagen zu vermeiden. Bei Einwirkung auf die Hautkann eine Reizung erfolgen. Aus Vorsorge ist geeignete Schutz-kleidung zu tragen. Abrieb in Form atembarer Stäube hat keinefaserförmige Struktur und ist daher als Inertstaub einzustufen.

Fibre à résistance normale (fibre NF)La fibre à résistance normale est produite à une températurefinale de 1100 °C. Cette fibre possède une bonne résistance àla traction, un allongement à la rupture de 1,3 % et un faiblemodule d’élasticité.

Fibre à haute résistance (fibre HT ou HTA)La fibre hautement résistante (fibre HT, high-tenacity fiber) estproduite à une température finale de 1400 °C. Pour un allonge-ment à la rupture de 1,4 %, la résistance à la traction (3400 MPA)est élevée, et le module - 235 GPA environ - est relativementfaible. La fibre HT est surtout utilisée pour la fabrication d’avions,de modèles réduits et d’engins de sport. Elle possède unerésistance et une rigidité élevées et un allongement à la ruptureacceptable. Grâce à la température finale nécessaire relative-ment basse, la production de la fibre HT est économique.

Fibre à haut module (fibre HM) La fibre HM (high-modulus fiber)est produite par traitement à température élevée (à plus de2200°C) (graphitisation). L’allongement à la rupture est très bas(0,6 %), la résistance à la traction (2300 MPA environ) estrelativement faible et le module d’élasticité (350 à 400 GPA) esttrès élevé.

Fibre à module ultra-haut Les fibres à module ultra-haut (ultra-high modulus fibers) sont graphitisées à 3000 °C. Elles possè-dent un module très élevé, une faible résistance à la traction etun allongement à la rupture très faible (moins de 0,5 %). Lescomposites renforcées aux fibres de carbone UHM sont extraor-dinairement rigides, mais à cause de leur faible allongement àla rupture et de leur résilience très réduite, ces matières nepeuvent être utilisées que dans des cas spéciaux.Fibres à module intermédiaire HST IM Dans ce domaine, il y aun grand nombre de développements innovateurs. Les fibresHST (high-strain fibers, fibres extensibles) sont déjà livrables, enparticulier les fibres IM (intermediate-modulus fibers, fibres àmodule intermédiaire) qui se trouvent encore dans une phase dedéveloppement dynamique. Les fibres IM possèdent un allonge-ment à la rupture de 1,7 %, une résistance à la traction très élevée(5400 MPa) et un bon module d’élasticité (290 GPa).

Agents de couplagePour assurer une bonne adhérence de la résine aux fibres, lesrovings et tissus sont normalement imprégnés d’une prépara-tion contenant de l’époxyde. La proportion de ces agents decouplage s’élève à 1,3 % environ du poids du tissu. En tant quematrice, nous recommandons la résine EP, mais on peut éga-lement utiliser des résines UP, VE et PI. Particularités Les tissusà fibres de carbone ne doivent en aucun cas être pliés outravaillés avec des outils à bords tranchants comme des rou-leaux à disques métalliques. Si l’on endommage des fils, on créede futurs points de rupture. Sécurité Les fibres de carbone ainsique les fragments et particules de ces fibres demandent certai-nes précautions. Evitez les effets des fibres ou particules defibres de carbone sur les dispositifs électriques, car les fibres decarbone sont des conducteurs électriques. Les fibres de carbo-ne et les particules abrasées de ces fibres pouvant irriter la peau,portez des vêtements protecteurs. Les particules abrasées desfibres de carbone n’ont pas de structure fibreuse et peuvent doncêtre classées comme de la poussière inerte.

C-Fasertype Tenax Einheit HT (HTA) IM (IM 600) HM (HM 35)

Dichte / Densité g/cm3 1.78 1-80 1-79Zugfestigkeit / résistance à la traction MPA 3400 5400 2350Zug-E-Modul / module d'élasticité GPA 235 290 358Bruchdehnung / alongement à la rupture % 1,4 1,7 0,6Wärmeausdehnungskoeffizient / coefficient de diletation thermique 10-6 K-1 -0,1 - -0,5Wärmeleitfähigkeit / conductibilité calorifique W/m K 17 - 115Spezifische Wärme / spezific,calorifique J/kgK 710 - 710Elektrischer Wiederstand / résistivité Ohm/cm 1,5x10-3 - 1x10-3


Die Dyneema-Faser ist eine hochfeste Polyethylen-Faser(high performance Polyethylen) und weist ähnliche Eigen-schaften auf wie die Kevlar-Faser, jedoch bei geringsterDichte von nur 0,97 und einer weit höheren Zugfestigkeit.Diese Faserart ist noch wenig bekannt und wird unter demMarkennamen Dyneema (DSM) und Spectra (USA) ver-kauft.

Gewebe aus Dyneema SK-60 Fasern für extrem leichte,hochfeste und schlagzähe Laminate.

FasereigenschaftenDie von DSM entwickelte hochfeste Polyethylenfaser über-trifft die positiven Eigenschaften der Aramidfaser. Insbe-sondere hat sie eine höhere spezifische Festigkeit und eingeringeres spezifisches Gewicht.

Gewebe- und LaminateigenschaftenGewebe aus Dyneema-Fasern lassen sich leicht zu Lami-naten verarbeiten. Die Gewebe sind gut drapierbar undlassen sich problemlos tränken und entlüften. Daraus her-gestellte Laminate weisen eine sehr hohe Schlagzähigkeitund ein gutes Dämpfungsverhalten bei sehr geringemspezifischem Gewicht auf. Zur weiteren Optimierung vonBauteilen bieten die Dyneema-Gewebe neue Chancen.

AnwendungenDie Dyneema-Gewebe bieten Anwendungsvorteile beistossgefährdeten Bauteilen, bei Auftreten von Vibrationenund bei zugbelasteten Strukturen, unter weiterer Verringe-rung des Gewichtes des Bauteils. Selbst nur eine Gewebe-lage erhöht die Schlagfestigkeit um ein Vielfaches gegen-über reinen Glaslaminaten. Sie finden Anwendung z.B. inRennbooten, Segelbooten, Kajaks, Schutzhelmen undPanzerungen auch für ballistische Anwendungen.

La fibre Dyneema est une fibre de polyethylène très résistan-te (polyéthylène de haute performance). et manifeste descaractéristiques comparables à celles des fibres de Kevlar,pour une densité des plus faibles de 0,97 seulement et unerésistance à la traction beaucoup plus élevée. Ce type defibre est encore peu connu et il est vendu sous les noms demarques Dyneema (DSM) ou Spectra (USA).

Tissus en Dyneema SK 60 pour la fabrication de Strati-fiés très légers à haute résistance aux chocs

Propriétés de la fibreCette fibre polyethylène développée par DSM surpasse lesfibres d'aramides dans un certain nombre de domaines. Ellea, en particulier, un poids spécifique moindre et une résis-tance spécifique plus élevée.

Propriétés des tissus et des stratifiésLes tissus en Dyneema se laissent facilement transformeren stratifiés. Leur aptitude au drapage, à l'imprégnation enrésine et à la désaération est bonne. Les stratifiés qui enrésultent ont une très bonne capacité d'absorption d'énergie,donc une excellente tenue aux chocs pour un poids spéci-fique faible. Aussi les tissus en Dyneema ouvrent de nouvel-les perspectives.

ApplicationLes stratifiés à base de tissus Dyneema présentent desavantages décisifs lorsque l'on cherche une résistanceaccrue aux chocs, tout en réalisant une économie de poids.Une seule couche de tissu Dyneema dans un stratifié Verre/Epoxy peut augmenter de façon notable la résistance auxchocs ou à l'éclatement. Les domaines d'application privilé-giés sont les constructions de bateaux, kayak, de casqueset blindages divers.

Faser Dichte Zugfestigkeit Elastizitätsmodul BruchdehnungFibre Masse spécifique Résist. à la traction Module d'elasticité Elongation à la rupture

g/cm3 N/mm2 kN/mm2 %E-Glas / Verre-E 2.6 2.400 73 3.3Aramid LM 1.44 2.800 59 4.0Aramid HM 1.45 2.800 127 2.2Kohlenstofffaser / Carbon HT 1.78 3.500 235 1.5Dyneema SK 60 0.97 2.700 87 3.5

Laminatfestigkeiten (Richtwerte im EP-Laminat bei 43 Vol.% Faseranteil, Kett- und Schussrichtung)Résistance des stratifiés (Valeurs indicatives pour des tratifiés matrice Epoxy avec une teneur en fibres de 43%)

Gewebe Zugfestigkeit Zug-E-Modul DruckfestigkeitTissu Résist. à la traction Module E- à la traction Résistance à la compression

DIN EN 61 MPA DIN EN G1 GPA DIN 53454 MPATyp 04389 190g/m2 Köper/sergé 520 11.5 60Typ 04409 325g/m2 Hybrid Dyneema/Glas 350 12.5 120Typ 04409 325g/m2 Hybrid Dyneema/Verre 350 12.5 120

Dyneema - Gewebe - Tissus en Dyneema

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