Faservolumenanteil

Der Faservolumenanteil ist das Verhältnis des Volumens der Fasern zum Gesamtvolumen eines faserverstärkten Materials. Er wird mit  abgekürzt. Der Faservolumenanteil berechnet sich analog dem Volumenanteil einer zweiphasigen Mischung. Er ist eine wichtige Kenngrösse bei faserverstärkten Kunststoffen wie z.B. kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK).

Berechnung
Der Faservolumenanteil ergibt sich nach der Formel des allgemeinen Volumenanteils




Packungsmodell
Je nach zugrundeliegendem Packungsmodell gibt es eine physikalische Grenze, üder die der Faservolumenanteil nicht gesteigert werden kann. Es gelten die folgenden Grenzen:

quadratische Packung: 

hexagonale Packung:  

Da das Packungsmodell bei der Fertigung kaum beeinfluss werden kann stellt sich eine Mischung aus beiden Packungsmodellen ein. Tendenziell liegt eher eine quadratische, als eine hexagonale Packung vor.


Experimentelle Ermittlung
Der Faservolumenanteil kann an Bauteilen durch verschiedene Verfahren nachträglich bestimmt werden. Dies ist insbesondere im Laufe der Qualitätssicherung von Verbundbauteilen wichtig.


Glühverlust
Bei diesem Verfahren wird eine Materialprobe hohen Temperaturen ausgesetzt. Dadurch verbrennt die Matrix, die Verstärkungsfasern bleiben jedoch erhalten. Durch Verwiegen der Fasern kann, bei bekannten Dichten, der Faservolumenanteil berechnet werden. Dieses Verfahren eignet sich nur für Verbunde in denen die Matrix thermisch zersetzt werden kann und der thermische Zersetzugspunkt von Faser und Matrix weit auseianderliegen.


Chemische Extraktion
Durch chemische Extraktion, z.B. mit Hilfe einer Säure, wird entweder die Matrix oder die Faser aus der Probe gelöst. Nach anschliessendem Trocknen und Verwiegen kann, bei bekannten Dichten, der Faservolumenanteil berechnet werden. Für viele, mit organischen Fasern verstärkte Kunststoffe, ist dies oft die einzige Möglichkeit, den Faservolumenanteil experimentell zu bestimmen.


Auszählen
Aus einem Probevolumen wird ein Schliff mit bekannter Querschnittsfläche erstellt. Dieser Schliff wird anschliessend mit Hilfe eines Mikroskops untersucht. Dabei werden mit geeigneten Verfahren die Flächen aller Fasern aufsummiert. Man erhält so direkt den Faservolumenanteil.