Pyramiden sind Bauwerke die uns Menschen schon seit jeher faszinieren. Die Pyramidenform gehört zu den beliebtesten Darstellungsformen, um hierarchische Verteilungen oder Aufbauten zu zeigen. So zeigt die UD-Tape Polyamid-Pyramide von A+ Composites die faszinierende Vielfalt an Möglichkeiten Polyamid6 (PA6) mit unterschiedlichen Fasern zu kombinieren um Faserverbundmaterialien zu erhalten, die viel Leistung zu einem guten Preis erbringen und dabei einfach in der Verarbeitung und beständig im Einsatz sind.
Polyamid – Ein leistungsstarker Kunststoff für technische Anwendungen
Für viele technische Anwendungen werden Kunststoffe benötigt, die gute mechanische Eigenschaften haben, wirtschaftlich sinnvoll sind und den Umweltbelastungen der alltäglichen Nutzung widerstehen.
Polyamide weisen all diese Eigenschaften auf. Sie haben bessere mechanische Eigenschaften als Standardkunststoffe wie Polyethylen oder Polypropylen und sind günstiger als Hochleistungskunststoffe. Zusätzlich haben sie eine bessere Bruchfestigkeit, sind abriebfest, unempfindlich gegen Verschmutzungen und die meisten Chemikalien. Außerdem sind sie auch noch bei hohen Temperaturen gegen Schmier- und Kraftstoffe beständig.
Da sie all diese Eigenschaften mit sich bringen, sind Polyamide die am drittmeisten genutzten technischen Kunststoffe weltweit geworden und ersetzen etwas mehr als 80 Jahren nach ihrer erstmaligen Entdeckung, immer mehr Metalle, Keramiken und andere Kunststoffe. In technischen Anwendungen ist PA6 der am häufigsten genutzte Typ.
PA6 zeichnet sich durch eine gute Verfügbarkeit aus. Im Gegensatz zu vielen anderen Kunststoffen hat es eine höhere Wasseraufnahme. Dadurch haben Bauteile aus PA6 in der Anwendung höhere Zähigkeitswerte. Die mit der Wasseraufnahme einhergehende Reduzierung der Zugfestigkeit und Steifigkeit spielt bei faserverstärkten PA6-Teilen kaum keine Rolle, da die Zug- und Steifigkeitseigenschaften des PA6 im Gegensatz zu denen der Fasern vernachlässigbar sind. Jedoch ist bei der Auslegung die Ausdehnung des Materials in Abhängigkeit vom Wassergehalt zu beachten.
PA6-UD-Tapes – Vielseitigkeit mit einer vervielfältigten Leistung
Die Vielseitigkeit von PA6 bekommt durch die Vielfalt an Fasern, die mit diesem Allrounder-Kunststoff kombiniert werden können, eine weitere Dimension. Durch die Vervielfachung der mechanischen Werte, sind die kombinierten Materialien für Leichtbauanwendung optimal geeignet.
Wie groß der Gewinn an Leistung ist, hängt stark von den verwendeten Fasern und der Form, wie diese im Kunststoff verteilt sind, ab. Die besten Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn die Fasern möglichst durchgängig entlang der Lastpfade verlaufen. Unidirektionale Tapes (UD-Tapes) kommen diesem Ideal bei einer entsprechenden konstruktiven Auslegung am nächsten.
Je nachdem welche mechanischen und wirtschaftlichen Anforderungen die Anwendung hat werden unterschiedliche Fasern relevant. Die günstigste UD-Tape Variante sind Tapes mit E-Glas-Fasern. Durch die Faserverstärkung verzehnfachen sich der E-Modul und die Zugfestigkeit in Faserrichtung.
Carbonfasern werden üblicherweise über die Festigkeit und den E-Modul in Klassen eingeteilt. Als Standard-Carbonfasern gelten die sogenannten hochfesten Fasern (HT-Fasern), die durch gute Zugeigenschaften und einen soliden E-Modul gekennzeichnet sind. Haben Fasern einen mittleren E-Modul zwischen 280 – 350 GPa und eine Zugfestigkeit von 3500 – 7000 MPa werden sie als IM-Fasern bezeichnet. In einigen Klassifikationen werden Carbonfasern aus der IM-Klasse mit sehr hohen Zugfestigkeiten auch als UHT-Fasern gelistet. Bei einem E-Modul zwischen 350 – 600 GPa und einer Zugfestigkeit zwischen 2500 – 5000 MPa handelt es sich um Fasern mit hohem Modul (HM-Fasern). Einige Fasern erreichen bei Festigkeiten zwischen 2500 – 4000 MPa und E-Moduln von 600 bis 900 GPa. Diese werden als UHM-Fasern bezeichnet.
Aramidfasern die mit PA6 imprägniert werden sind für Spezialanwendungen geeignet. Diese Kombination ist insbesondere da interessant, wo sehr hohe Dämpfungseigenschaften, eine gute Ermüdungsfestigkeit und eine hohe Schlagzähigkeit benötigt werden.
PA6-UD-Tapes von A+ Composites für vielfältige Anwendungen
A+ Composites stellt, neben vielen anderen Faser-Matrix-Kombinationen, seit über drei Jahren UD-Tapes mit Polyamid6 Matrix her. Durch die Variation der Fasern, des Faservolumengehalts und der Maße hat A+ Composites schon über 50 verschiedene Varianten entwickelt. Das besondere an diesen Tapes ist somit, dass sie zum einen von den mechanischen Anforderungen aber auch von den Verarbeitungsparametern an Kundenbedürfnisse angepasst werden.
Dadurch eignen sie sich für viele unterschiedliche Verarbeitungsverfahren vom Tapewickeln, über das Tapelegen und Hinterspritzen bis hin zum Pressen von Bauteilen. Dazu kommt, dass die Tapes als Non-Slit-Tape oder Slit-Tape produziert werden können. Der Vorteil von Non-Slit-Tapes ist, dass die Fasern am Rand nicht beschädigt werden, wodurch das Material bessere mechanische Kennwerte hat als ein Tape, das auf Breite geschnitten wurde.
Ein Fun Fact zum Abschluss: In den Pyramiden von Gizeh wurde unter anderem auch Basalt verarbeitet und momentan befinden sich auch ein Basaltfaser-UD-Tape in der Entwicklung bei A+ Composites, das in Kürze Teil der UD-Tape Pyramide wird.
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