Aramidfasern: Leichtgewicht-Champion im Luftfahrt- und Automobilbau!

Aramidfasern sind ein faszinierendes Beispiel für die Möglichkeiten, die moderne Materialwissenschaft eröffnet. Diese synthetischen Hochleistungsfasern, bekannt unter Markennamen wie Kevlar® oder Twaron®, zeichnen sich durch eine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Steifigkeit, Wärmebeständigkeit und Leichtgewicht aus.

Was macht Aramidfasern so besonders? Der Schlüssel liegt in ihrer molekularen Struktur. Aramidfasern bestehen aus aromatischen Polyamidketten, die durch starke Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind. Diese Bindungen verleihen den Fasern ihre außergewöhnliche Zugfestigkeit – sie können bis zu fünfmal stärker sein als Stahl bei gleichem Gewicht!

Die hohe Steifigkeit von Aramidfasern macht sie ideal für Anwendungen, bei denen geringe Verformung erforderlich ist. Sie finden Einsatz in:

• Flugzeug- und Raumfahrtkomponenten: Aramidfasern werden zur Herstellung von Flugzeugrumpfteilen, Flügeln und Leitwerken eingesetzt. Ihre Leichtigkeit trägt zu einem reduzierten Treibstoffverbrauch bei.
• Automobilbauteile: In der Automobilindustrie finden Aramidfasern Verwendung in Karosserieteilen, Sicherheitsgurten, Reifen und Bremsschläuchen.

Weitere Einsatzgebiete für Aramidfasern sind:

• Schutzausrüstung: Aramidfasern bieten hervorragenden Schutz vor Stichverletzungen und Schüssen. Daher werden sie in kugelsicheren Westen, Helmen und Handschuhen eingesetzt.
• Sportartikel: Aramidfasern verleihen Tennisschlägern, Skiern und Fahrrädern hohe Festigkeit und Langlebigkeit.

Herstellung von Aramidfasern: Ein komplexer Prozess

Die Herstellung von Aramidfasern ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess. Zuerst werden die Rohmaterialien, aromatische Amine und Dicarbonsäurederivate, zu einer Polyamidlösung verarbeitet. Diese Lösung wird dann durch eine Spinndüse gepresst und in ein Bad aus konzentrierter Schwefelsäure gesponnen. Die Säureinduziert die Entstehung der charakteristischen Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Polymerketten und festigt die Faserstruktur. Anschließend werden die Fasern gewaschen, getrocknet und aufgerollt.

Eigenschaft	Wert
Zugfestigkeit	2,7-3,5 GPa
Elastizitätsmodul	130-180 GPa
Schmelzpunkt	> 500°C
Dichte	1,44 g/cm³

Vorteile und Herausforderungen von Aramidfasern:

• Vorteile:

  • Hervorragender Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
  • Hohe Wärmebeständigkeit
  • Gute Chemikalienresistenz
  • Niedrige Wärmeleitfähigkeit

• Herausforderungen:

  • Relativ hohe Herstellungskosten im Vergleich zu herkömmlichen Fasern.
  • Eingeschränkte Formbarkeit, da die Fasern bei hohen Temperaturen verbrennen können.
  • Anfälligkeit für UV-Zersetzung – Schutzmaßnahmen sind erforderlich.

Trotz der Herausforderungen haben Aramidfasern aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eine breite Palette von Anwendungen in verschiedenen Industriezweigen gefunden. Die ständige Weiterentwicklung von Herstellungsverfahren und die Forschung nach neuen Modifikationen versprechen, dass diese Fasern auch in Zukunft wichtige Bausteine für innovative Produkte sein werden.