Anorganische Faser
Anorganische Fasern sind eine Art von Kunstfasern, d.h. künstlich hergestellte Fasern.
Beispiele für anorganische Fasern sind Glasfasern, Metallfasern, Kohlenstofffasern, Gesteinsfasern und Schneckenfasern.
Glasfasern sind nicht brennbare Materialien mit hervorragenden thermischen und elektrischen Isolationseigenschaften. Glasfasern werden in vielen verstärkten Kunststoffen verwendet. Metallische Fasern werden seit langem für dekorative Zwecke verwendet, wie z. B. Gold- und Silberfäden. Heute werden Metallgarne aus rostfreiem Stahl, Aluminium, Eisen, Nickel und Kupfer hergestellt. Kohlenstofffasern werden durch Sintern und Verkohlen von Acryl- und anderen Fasern hergestellt. Kohlenstofffasern haben eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit, sind leichter als Aluminium und fester als Eisen.
Anwendungen anorganischer Fasern
Anorganische Fasern sind im Allgemeinen sehr hitzebeständig und werden häufig zur Wärme- und Schalldämmung eingesetzt. Glasfasern werden zum Beispiel in Helmen, Angelruten und Skibrettern verwendet. Platten, die Glasfasern enthalten, können auch für Bodenbeläge, Isolierungen und Baumaterialien verwendet werden.
Metallfasern können in speziellen Bereichen wie Verbundwerkstoffen, Verstärkungsmaterialien, Filtermaterialien und statischer Entladung verwendet werden. Weitere Anwendungen sind Seilbahnseile, Drähte für Baukräne und Kupferdrähte für die Stromübertragung.
Weitere Einsatzgebiete für Kohlenstofffasern sind Flugzeugrümpfe und Autokarosserien. Ihr elektrischer Widerstand und ihre Wärmeleitfähigkeit liegen nahe denen von Metallen, zudem haben sie einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Diese Eigenschaften werden für Anwendungen wie elektromagnetische Abschirmung, Elektroden und hitzebeständige Strukturen genutzt.
Funktionsweise anorganischer Fasern
Anorganische Fasern haben eine hohe Festigkeit, z. B. haben Glasfasern eine Festigkeit von 3,5-4,6 GPa. Para-Aramidfasern, die so genannten hochfesten Fasern, haben eine Festigkeit von 2,4-3,4 GPa, wobei anorganische Fasern diese Festigkeit noch übertreffen. Fasern mit sehr hoher Festigkeit werden als Superfasern bezeichnet. Die meisten anorganischen Fasern werden zu den Superfasern gezählt.
Anorganische Fasern haben eine hohe Hitzebeständigkeit, insbesondere Keramikfasern mit einem Schmelzpunkt von über 2.000 °C. Organische Hochleistungssynthetikfasern haben einen Schmelzpunkt von bis zu 600 °C, während Keramikfasern höheren Temperaturen standhalten können. Anorganische Fasern sind außerdem sehr haltbar und daher weniger anfällig für Beschädigungen und werden häufig im Bereich der industriellen Materialien verwendet, wo Festigkeit und Hitzebeständigkeit erforderlich sind.
Arten von anorganischen Fasern
Anorganische Fasern werden in „amorphe Fasern“, wie Glasfasern und Steinwolle, „polykristalline Fasern“, zu denen Kohlenstoff- und Aluminiumoxidfasern gehören, sowie „monokristalline Fasern“, wie Wollastonit- und Kaliumtitanatfasern, unterteilt. Amorphe Fasern weisen keine Korngrenzen auf und haben eine hohe Festigkeit trotz eines niedrigen Elastizitätsmoduls. Polykristalline Fasern sind Aggregate aus kleinen Kristallen und haben eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit. Monokristalline Fasern sind whiskerförmige Feinfasern mit extrem hoher Festigkeit.
Neben den künstlich hergestellten anorganischen Stoffen gibt es auch anorganische Stoffe in Naturfasern. Asbest ist ein faserförmiger anorganischer Stoff, der keine Kohlenwasserstoffe enthält. Wenn er jedoch durch Einatmen in den menschlichen Körper aufgenommen wird, löst er Lungenkrebs aus und ist zu einem großen sozialen Problem geworden. Asbest, eine Naturfaser, wird jedoch nicht zu den anorganischen Fasern gezählt, sondern häufig als Mineralfaser eingestuft.
Auswahl einer geeigneten anorganischen Faser
Glasfasern werden grob in Kurzfasern (Glaswolle) und Langfasern (Glasfaser) eingeteilt, die aufgrund ihrer jeweiligen Eigenschaften häufig verwendet werden. Kurzfasern sind Glasfasern, die aus erhitztem, geschmolzenem Glas hergestellt werden, das durch Zentrifugalkraft zu einer baumwollartigen Faser geblasen wird. Langfasern werden durch Aufwickeln von geschmolzenem Glas auf einer Hochgeschwindigkeits-Wickelmaschine zu langen Fäden hergestellt.
Es gibt zwei Arten von Kohlenstofffasern: Kohlenstofffasern auf PAN-Basis und Kohlenstofffasern auf Pechbasis. PAN-basierte Kohlenstofffasern werden durch Brennen bei Temperaturen über 1.000 °C hergestellt. Wenn sie bei Temperaturen über 2.000 °C gebrannt werden, hat das Produkt einen höheren Elastizitätsmodul und wird auch als Graphitfasern bezeichnet. Kohlenstofffasern auf Pechbasis werden in isotrope Kohlenstofffasern und Hochleistungs-Kohlenstofffasern unterteilt. Isotrope Kohlenstofffasern haben geringe mechanische Eigenschaften, während Hochleistungs-Kohlenstofffasern hohe mechanische Eigenschaften und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen.