ISSN:
0933-5137
Keywords:
Chemistry
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Polymer and Materials Science
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Inorganic Fibres - Fabrication, Properties and ApplicationGlass- and carbon fibres are preferred reinforcement materials for composites with polymer matrix. Basing on an analysis of their properties it is shown that other inorganic fibres can combine the advantages of both, and avoid their disadvantages. Boron-, siliconcarbide- and alumina-fibres are discussed in detail.The boron fibre has a YOUNG's modulus up to 45 MN/m2 and a strength of 3000-4000 MN/m2 as well as high compressive and shear strength. Therefore the boron fibres are superior to the carbon fibres as high modulus reinforcement material. The disadvantages of the boron fibres are their complicated fabrication process (chemical vapour deposition on a tungsten monofilament), and their only availability in form of monofilaments with diameters of at least 60 μm. The boron fibre recristallizes at 6000 °C and reacts also with the tungsten substrat. Thus, its application at elevated temperatures is limited.The SiC-fibre shows the same mechanical properties as the boron fibre but it can be fabricated by chemical vapour deposition also on a carbon monofilament. The advantages are the chemical compatibility with carbon substrat and the resistance against oxidation. The disadvantage is the higher density compared with that of boron (3,5 against 2,6 · 103 kg/m3) Carbon yarns (with 10 000 monofilaments of 10 μm diameter) with SiC coatings of 0,5 μm can be seen as an alternative to the relatively thick SiC-monofilaments with 60 μm diameter. The advantage of such coated carbon yarn is a better applicability in fibre reinforced composite materials. There exists a further alternative preparation process for SiC-yarn, namely the spinning of polycarbosilanes with subsequent formation of SiC by pyrolysis treatment.Al2O3-fibres are chemically inert against most oxidic and metallic matrix materials, and promises to be candidate reinforcement materials for aluminium. They can be prepared by melt-spinning process as well as by a hydrolysis-process starting from aluminium organic compounds with subsequent heat treatment for thermal decomposition.The properties of all these fibre materials are compared with those of glass-, polyamid- and carbon-fibres as well as with metal wires.
Notes:
Aufgrund einer Analyse der Eigenschaften der heute bevorzugten Verstärkungsfasern aus Glas und Kohlenstoff wird gezeigt, daß es anorganische Materialien gibt, die die Vorteile der obigen Fasern unter Vermeidung deren Nachteile vereinigen. Als repräsentative Beispiele werden die Borfaser, die Siliziumkarbidfaser und die Aluminiumoxidfaser näher besprochen.Die Borfaser weist Elastizitätsmoduln bis 45 · 104 MN/m2 bei Zugfestigkeiten von 3000-4000 MN/m2, aber auch hohe Druckfestigkeit und geringe Scherempfindlichkeit auf. Damit ist die Borfaser der Kohlenstoffaser als Hochmodul-Verstärkungselement überlegen. Der Nachteil der Borfaser ist deren komplizierte Herstellung (chemische Gasphasenabscheidung auf einem Wolframdraht) und die ausschließliche Verfügbarkeit als Monofilament mit mindestens 60 μ Durchmesser. Die Borfaser rekristallisiert bei Temperaturen oberhalb 600 °C und reagiert zusätzlich mit der Wolframseele, was deren Anwendungsmöglichkeit bei erhöhten Temperaturen einschränkt.Die SiC-Faser hat gleiche mechanische Eigenschaften wie die Borfaser und kann durch chemische Gasphasenabscheidung auch auf Kohlenstoff-Monofilamenten hergestellt werden. Dies bringt den Vorteil der chemischen Verträglichkeit mit der Kohlenstoffseele. Die SiC-Faser ist außerdem oxidationsempfindlich. Der Nachteil der SiC-Faser ist deren höhere Dichte im Vergleich zu Bor (3,5 gegenüber 2,6 · 103 kg/m3). Kohlenstoffasergarne mit bis zu 10 000 Monofilamenten von 10 μm Durchmesser, die mit SiC-Schichten um 0,5 μ umhüllt sind, können als Alternative zu den 60 μm dicken SiC-Monofilamenten angesehen werden. Der Vorteil derartiger beschichteter Kohlenstoffaserbündel ist deren leichtere Verarbeitbarkeit im Verbundkörper. Auch bietet sich zur Herstellung von SiC-Faserbündeln ein Spinnverfahren von Polycarbosilanen mit anschließender Pyrolyse zum SiC-Garn an.Die Al2O3-Faser hätte den großen Vorteil einer chemischen Inertheit gegenüber den meisten oxidischen und metallischen Matrixmaterialien. Sie könnte als ideales Verstärkungselement für Aluminiumwerkstoffe angesehen werden. Zu deren Herstellung kann man das Schmelzspinn-Verfahren, aber auch ein Gelverfahren, ausgehend von aluminiumorganischen Verbindungen und anschließendem thermischen Abbau, anwenden.Die Eigenschaften aller dieser Fasertypen werden vergleichend mit denen der Glas-, Polyaramid- und Kohlenstoffasern sowie mit Metalldrähten diskutiert.
Additional Material:
23 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19800110910
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