Aramidfaser
Aramidfasern sind goldgelbe organische Kunstfasern aus aromatischen Polyamiden. Die Fasern wurden 1965 von Stephanie Louise Kwolek bei DuPont entwickelt und unter dem Markennamen Kevlar? zur Marktreife gebracht.Die Fasern zeichnen sich durch sehr hohe Festigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Bruchdehnung, gute Schwingungsdämpfung sowie Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen aus und sind darüber hinaus sehr hitze- und feuerbeständig. Aramidfasern schmelzen bei hohen Temperaturen nicht, sondern beginnen ab etwa 400 °C zu verkohlen. Bekannte Markennamen für Aramidfasern sind Nomex und Kevlar von DuPont oder Teijinconex, Twaron und Technora von Teijin.
Man unterscheidet zwischen meta-Aramiden (Teijinconex und Nomex) sowie para-Aramiden (Twaron, Kevlar?, Technora).
-Aramidpolymere mit Wasserstoffbrückenbindungen]]
Als Aramide oder aromatische Polyamide (Polyaramide) werden nicht Polyamide mit aromatischen Gruppen in der Hauptkette per se bezeichnet, sondern, nach einer Definition der U.S. Federal Trade Commission, nur solche langkettigen synthetischen Polyamide, bei denen mindestens 85 % der Amidgruppen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind.
Anwendungen
Die bekanntesten Anwendungen für para-Aramidfasern sind im Sicherheitsbereich zu finden (Splitterschutz- und schusssichere_Westen, Schutzhelme, Panzerungen für Fahrzeuge, Schnittschutzhandschuhe).
Aramidfasern werden jedoch auch als Asbestersatz in Bremsbelägen und Dichtungen sowie als Verstärkungsmaterial zum Beispiel für Glasfaserkabel oder Gummimaterialien eingesetzt. In diesen Bereichen werden vor allem die mechanischen Eigenschaften der Fasern Kevlar und Twaron genutzt.
Zur Asbest-Substitution in Reibbelägen, Hitzeschutz-Anwendungen und Dichtungen wurden grundlegende Arbeiten im Jahr 1985 in einem vom deutschen Forschungsministerium geförderten Projekt über Aramid bei der Enka AG unter Leitung von Karlheinz Hillermeier durchgeführt, die zu einem entscheidenden Durchbruch führten.
Aramidgewebe kommen auch bei Überdachungen im Bauwesen zum Einsatz, z.B. für Stadionüberdachungen. Sie bilden hier das Grundmaterial, das mit PVC oder PTFE beschichtet wird und so zu einer UV- und wetterfesten, teiltransparenten Membran wird.
Auch bei Sportgeräten werden wegen ihrer Reiß- bzw. Zugfestigkeit und ihrem geringen Gewicht oft Aramidfasern verwendet, so zum Beispiel für die Fangleinen bei Gleitschirmen, für Segel von Segelbooten und Surfbrettern oder als Saiten für Tennisschläger.
Weiterhin werden sie in Faserverbundkunststoffen im Flugzeugbau, vor allem für den Bau von Segelflugzeugen verwendet. Auch im Airbus A310 und Airbus A380 sowie für die Hubschrauber vom Typ MBB BO 105 und BK117 kommen Aramidfasern u.a. als Triebwerksträgerverkleidung zum Einsatz, .
Die meta-Aramidfasern Nomex oder Teijinconex werden speziell für den Brandschutz eingesetzt. Sie sind in feuersicherer Bekleidung (etwa Schutzanzüge bei Feuerwehren, Rennfahrerkombi, ...) bekannt geworden.
Eine weitere Anwendung für meta-Aramid ist die Verarbeitung im Faserverbund zu Sandwichwabenkernen, so genannten Honeycombs aus Nomex-Papier.
Eigenschaften
Die Fasern weisen, ähnlich wie auch Kohlenstofffasern, einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, werden also bei Erwärmung kürzer. Ihre spezifische Festigkeit und ihr Elastizitätsmodul ist deutlich niedriger als jene von Kohlenstofffasern. In Verbindung mit dem positiven Ausdehnungskoeffizienten des Matrixharzes lassen sich hoch maßhaltige Bauteile fertigen. Gegenüber kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen ist die Druckfestigkeit von Aramidfaser-Verbundwerkstoffen deutlich geringer.
Kevlar und Twaron sind überaus hitzebeständig, sie halten Temperaturen über 370 °C problemlos aus, ohne zu schmelzen.
Man unterscheidet zwischen zwei Modifikationen, die sich insbesondere durch ihre unterschiedlichen Elastizitätsmodule unterscheiden:
* ?Low Modulus?: Dichte 1,45g/cm³, mit Zugfestigkeit 2800N/mm2 und E-Modul 59 kN/mm2
* ?High Modulus?: Dichte 1,45g/cm³, mit Zugfestigkeit 2900N/mm2 und E-Modul 127 kN/mm2
Die Hochmodulfasern werden in erster Linie für stoß- und schlagbeanspruchte Bauteile benutzt, Low Modulus - Fasern in Kugelsicheren_Westen.
Verarbeitung
Beim Umgang und der Verarbeitung muss auf die leichte Feuchtigkeitsaufnahme und die schlechte UV-Beständigkeit Rücksicht genommen werden. Die ursprünglich goldgelben Fasern nehmen bei UV-Einstrahlung (Sonnenlicht) einen bronzebraunen Farbton an und verlieren bis zu 75 % ihrer Festigkeit. Die Fasern können je nach Lagerung bis zu 7 % Wasser aufnehmen. Fasern mit einer zu hohen Feuchtigkeit können getrocknet werden. In der Luft- und Raumfahrt ist ein Wassergehalt von unter 3 % üblich.
Zum Schneiden von Aramidfasern sind spezielle mikroverzahnte Schneidwerkzeuge notwendig. Auch die mechanische Bearbeitung fertiger Faserverbundbauteile erfolgt mit hochwertigen Bearbeitungswerkzeugen oder durch Wasserstrahlschneiden.
Faserverbundteile werden in der Regel mit Epoxidharzen hergestellt. Chemische Haftvermittler sind nicht bekannt.
Literatur
* VDI-Gesellschaft Kunststoffe, Philip G. Rose und Karlheinz Hillermeier: Kohlenstoff- und aramidfaserverstärkte Kunststoffe. VDI-Verlag 1977
Siehe auch
Faserverbund
Leichtbauweise
Dyneema
Hybridgarn
Zylon
