Kohlenstoff/Kevlar
Aramidfasern
Aramidfasern stellen eine Kunstfaserklasse dar, die sich durch Hitzebeständigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften auszeichnet. Sie werden in der Raumfahrt und in der Rüstungsindustrie z. B. in der Konfektion von kugelsicheren Westen sowie als Asbestersatz eingesetzt. Die Begriff Aramid entstand aus der Verkürzung der Bezeichnung „aromatisches Polyamid“. Die Ketten der chemischen Bestandteile sind stark in Richtung der Faserachse ausgerichtet, so dass sich die Kräfte der molekularen Interaktionen zur Erhöhung der Hitzebeständigkeit / Festigkeit nutzen lassen.
Kevlar
Polyparaphenylenterephtalamid ist ein Polymer, das aus aromatischen Kernen (Benzol) besteht, die durch Amidgruppen getrennt sind. Es gehört zur Familie der Aramidfasern. Polyparaphenylenterephtalamid wurde unter dem markenrechtlich geschützten Namen Kevlar entdeckt und vermarktet.
Polyparaphenylenterephtalamid wurde 1965 von dem Forscher-Duo Stéphanie Kwolek und Herbert Blades von DuPont. Inzwischen ist das Patent abgelaufen und man findet Wettbewerbsprodukte wie Twaron des Herstellers Teijin am Markt.
Polyparaphenylenterephtalamid ist eine Kunstfaser, die eine außerordentlich hohe Zug- und Dehnfestigkeit aufweist. Es wird lediglich von Spinnenweben (dreifach höhere Festigkeit) und Kohlenstoffnanoröhren (nahezu hundertfach höhere Festigkeit, bei nur einem Sechstel des Gewichts) übertroffen.
Kevlar existiert in mehreren Güten: Kevlar, Kevlar 52 und Kevlar 49. Kevlar in seiner Grundausführung wird derzeit als Verstärkung von Reifen und anderen Kautschukprodukten verwendet. Kevlar 29 wird vornehmlich in der Industrie verwendet, z. B. für Kabel, als Ersatz für Asbest, für Bremsbeläge, zum Verstärken von Schiffsrümpfen oder zur Herstellung von kugelsicheren Westen. Kevlar 49 weist unter allen Aramiden die höchste Zugfestigkeit auf und kommt in bestimmten Kunststoffen, zur Verstärkung von Schiffsrümpfen und zur Herstellung bestimmter Flugzeugteile und von Fahrradrahmen zur Anwendung.
Eigenschaften:
- hohe spezifische Zugfestigkeit
- geringe Dichte (1,45)
- keine Wärmedehnung
- schwingungs- und stoßdämpfend
- hervorragende Stoß- und Ermüdungsfestigkeit
- gute Chemikalienbeständigkeit gegenüber Brenn- und Kraftstoffen
Nachteile:
- schlechte UV-Beständigkeit
- geringe Druckfestigkeit
- hohe Feuchtigkeitsabsorption (4%), Ofentrocknung vor dem Imprägnieren erforderlich
- in feuchtem Zustand Verlust der kugelsicheren Eigenschaften
- geringes Haftvermögen von Imprägnierharzen
- schwierige Zerspanung
- schlechte Feuerfestigkeit (Zersetzung bei 400 °C)
Einsatz
Polyparaphenylenterephtalamid weist mehrere interessante Eigenschaften auf, wie Hitzebeständigkeit, Dehn- oder Scherfestigkeit. Es kommt daher in zahlreichen Bereichen zum Einsatz, in denen diese Merkmale gefragt sind:
- kugelsichere Westen, Helme (in Verbindung mit einer oder mehreren anderen Fasern wie Glas- oder Carbonfaser) (Verwebbarkeit + Reißfestigkeit)
- starke oder weniger starke Verstärkung je nach Schutzbedarf der Person
- Segel (Dehnfestigkeit und Beständigkeit gegen alkalische Lösungen)
- Luftfahrt, Raumfahrt (Schiffsrümpfe, Flugzeugtragflächen usw.)
- Sportgeräte (Eisschnelllauf, Snowboard, Ski, Kanu/Kajak, Fechten, Schläger oder Bespannungen, Pelota, Rudern (Sport) usw.)
- Reifen (Scherfestigkeit)
- Jonglieren: Feuerjongleure beschichten ihre Geräte mit Polyparaphenylenterephtalamid, z. B. Keulen, Devilsticks, Bolas, usw. Mit Petroleum (dearomatisiertem bzw. Lampenpetroleum, wenn es ebenfalls zum Feuerspeien verwendet wird) getränktes Polyparaphenylenterephtalamid ist feuerfest und kann viele Male angezündet werden, bevor ein Austausch erforderlich ist. Manche Jongleure verwenden zum Jonglieren von Bällen Handschuhe aus Polyparaphenylen-Terephtalamid (diese Praxis ist jedoch kaum verbreitet). Es wird als Meterware verkauft, um die Jonglier-Objekte gewickelt und festgeschraubt.
- Bausektor: Polyparaphenylen kommt für Hochsicherheits-Gebäude zur Anwendung (wie das Pentagon in den USA)