Aramidfasern

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Aramidfasern

Aromatisches Polyamid (Aramid) wurde 1965 von der Firma DuPont entdeckt und unter dem Namen Kevlar® zur Marktreife entwickelt.
Aramidfasern besitzen eine hohe spezifische (gewichtsbezogene) Festigkeit, niedrige Dichte, hohe Schlagzähigkeit, gute Wärmebeständigkeit und Dimensionstabilität, gute Schwingungsdämpfung und ein hohes Arbeitsaufnahmevermögen.

Senkrecht zur Faserlängsachse ist die Festigkeit relativ gering. Demnach sind die Querfestigkeit und die Druckfestigkeit von Aramidfaserkunststoff, verglichen mit GFK oder CFK, wesentlich niedriger (z.B. interlaminare Scherfestigkeit ca. 50 % der Materialfestigkeit).


Herstellung

Aramid-Hochmodulfasern werden aus einer flüssigkristallinen Lösung von polyparaphenylenen Terephthalamiden in konzentrierter Schwefelsäure versponnen. Nach der Oberflächenbehandlung werden HM-Fasern zusätzlich mechanisch gereckt, wobei ein hoher Orientierungsgrad der Einzelfibrillen erreicht wird.


REM ARAMID.jpg

REM-Aufnahme eines Elementarfadens aus Aramid.

Quelle: R&G


Aramidroving.jpg Aramid 170 g.jpg

Aramidroving Aramidgewebe 170 g/m2


Aramidarten

Hochmodulfasern

Kevlar® 49 oder Twaron® HM wird hauptsächlich für schlag- und stoßbeanspruchte, verschleißfeste Leichtbauteile eingesetzt. Beispiele sind Laminate und Verstärkungen im Fahrzeugbau (Unterbodenschutz), Modellbau (Tragflächen, meist als Kohle/Aramidgewebe, s. Bild), Sportgerätebau, Flugzeugbau.

Twaron®-Garne sind in Eurocopter- und in Boeing-Projekten qualifiziert, Gewebe aus Kevlar® 49 entsprechen meist den Werkstoff-Leistungsblättern für Luftfahrt-Gewebe.


Modell M. Langenbach.jpg Fibretech Aramidverstärkung.jpg

Modell aus Aramid/Kohlefaser Aramidverstärkung von Fibretech
von Marcus Langenbach



Niedermodulfasern

wie Kevlar® 29 oder Twaron® LM werden für die weiche und harte Ballistik (Schußwesten und Panzerungen) verwendet.


Fibretech Sandw Beschuss.jpg Fibretech beschuss.jpg Auswert fibretech.jpg

Hartballistik von Fibretech


Technische Eigenschaften

Wichtig: R&G liefert keine ballistischen Gewebe! Unsere Aramidgewebe sind ausschließlich für den Einsatz in Laminaten mit entsprechenden Harzen (z.B. Epoxydharze) geeignet. Sie sind im Allgemeinen nicht geeignet für Schutzbekleidung (Kettensägenschutz etc.) oder ballistische Anwendungen wie Kugelschutzwesten. Ballistische Gewebe werden aus einer anderen Aramidtype gefertigt (siehe nachstehend) und sind viel dichter gewebt als unsere Gewebe für die Kunststoffverstärkung.

Feuchtigkeitsaufnahme

Aramidfasern neigen zur Feuchtigkeitsaufnahme. Nach Werkstoffleistungsblatt dürfen Aramidgewebe für die Luft- und Raumfahrt bis zu 3 % Feuchtigkeit enthalten.

Nach längerer, ungeschützter Lagerung kann die Wasseraufnahme bis zu 7 % betragen, weshalb solche Gewebe vor der Verarbeitung im Ofen bei 120 °C ca. 1 - 10 Stunden zu trocknen sind.


Dimensionsstabilität

Ähnlich wie Kohlenstoffasern weisen Aramidfasern einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten in Faserlängsrichtung auf. Die Faser verkürzt sich in der Wärme, während sich das Matrixharz dehnt.
Durch diese gegenläufigen Kräfte weist AFK (Aramidfaserverstärkter Kunststoff) bei erhöhten Temperaturen eine hohe Maßhaltigkeit auf.



Thermische Eigenschaften

Aramide sind entflammbar, jedoch bei Entfernen der Feuerquelle selbstverlöschend. Die Fasern schmelzen nicht und weisen eine gute flammhemmende Wirkung auf. Die Wärmeleitfähigkeit ist gering. Bei höheren Temperaturen beginnen Aramide zu verkohlen, aber sie weisen auch nach mehrtägiger Belastung mit Temperaturen um 250 °C noch eine Restzugfestigkeit von 50 % auf.


Chemische Eigenschaften

Gute Beständigkeit gegen Lösemittel, Kraftstoffe, Schmiermittel, Salzwasser etc.; von einigen starken Säuren und Laugen werden Aramidfasern angegriffen. Sie sind widerstandsfähig gegen den Angriff von Pilzen und Bakterien.


UV-Stabilität

Aramidfasern sind empfindlich gegen UV-Strahlung.
Zunächst erfolgt eine sichtbare Verfärbung vom ursprünglichen hellen Gelb in einen bronzebraunen Farbton. Nach längerer Einwirkung verliert die Faser bis zu 75 % an Festigkeit. Aramidlaminate sollten möglichst mit einer UV-absorbierenden Deckschicht versehen werden. Dazu eignet sich praktisch jedes kräftig eingefärbte Deckschichtharz.

Siehe auch FAQs


Schlichten

Für Aramidfasern stehen keine chemisch wirkenden Haftvermittler zur Verfügung.

Information zur Haftung von Twaron® an EP-Harzen: PDF in Englisch Datei:LangeAdhesion.pdf

Allgemeine Infos zu Schlichten


Matrixharze

Aufgrund der relativ guten Harz/Faserhaftung werden Epoxydharze bevorzugt.
Aminverbindungen, die in praktisch allen Härtersystemen von R&G enthalten sind, weisen eine besondere Affinität zur Faseroberfläche auf.


Verarbeitung

Aramidfasern sind relativ unempfindlich gegenüber Beschädigungen während der Verarbeitung. Es kommen daher alle gängigen Verarbeitungsverfahren in Betracht (Handlaminate, Wickeln, Pressen, Strangziehen etc.).

Aufgrund der hohen Faserzähigkeit werden zum Bearbeiten von Aramidgeweben microverzahnte Spezialscheren benötigt.

Zum Bearbeiten fertiger Laminate kommen ebenfalls nur hochwertige Metallbearbeitungswerkzeuge in Frage. Neben feingezahnten Sägen hat sich das Hochdruck-Wasserstrahlschneidverfahren (Water-Jet-Verfahren) zum Besäumen fertiger Bauteile am besten bewährt.

Beim Bohren und Fräsen weist die Oberfläche einen „Flaum“ aus Aramidfasern auf. Für optimale Ergebnisse werden Spezialwerkzeuge (z.B. Bohrer mit Sichelschneide) benötigt.

Sofern die Oberfläche von Aramidlaminaten später geschliffen werden soll, kann als Schleifschicht zuvor ein Glasgewebe einlaminiert werden.


Links

Wikipedia Aramide


Daten gebräuchlicher Aramidfasern

Aramidfasern Einheit Niedermodul (LM) Hochmodul (HM)
Dichte g/cm3 bei 20 °C
1,44 1,45
Zugfestigkeit MPa 2800 2880
Zug-E-Modul GPa
59 100
Bruchdehnung  % 4 2,8
spez. elektrischer Widerstand Ω/cm/20 °C 1015 1015
Therm. Ausdehnungskoeffizient 10-6 K-1 -2,3 -3,5
Wärmeleitfähigkeit W/mK 0,04 0,04
Zersetzungstemperatur °C 550 550
Feuchtigkeitsaufnahme (20 °C, 65 % rel. Luftfeuchte)  % 7 3,5

Herstellerbezeichnung
Kevlar® = DuPont

Twaron® = Teijin Twaron


Kevlar® 29, Twaron® LM Kevlar® 49/Twaron® HM





Werkstoffvergleich

Verbundwerkstoffe aus Aramid im Vergleich zu GFK
Gewichtsersparnis

25 - 40 %

Steifigkeitsgewinn

Bis zu 60 %, da aufgrund niedriger Dichte bei gleichem Gewebegewicht 80 % höhere Laminatdicke

Sicherheitsgewinn

Metallähnliches Ermüdungsverhalten, begrenzte Rißausbildung, ermüdungsbeständig, gut Schwingungsdämpfung



Erfahren Sie mehr über unsere Faserverbundwerkstoffe

Glasfaser

Carbon


Bauanleitungen:

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