Manufacture of short-fibre reinforced glasses by extrusion and examinations regarding their structure and their mechanical properties

Abstract

Technical applications of glasses are mainly limited by their well-known tendency to brittle fracture. One promising possibility to improve the mechanical properties of glasses is the embedding of high-strength reinforcement fibres for increasing the strength and, first of all, the fracture toughness of these materials. Therefore, new fields of application for these glasses can be developed, where their many favourable properties become effective. In this paper the manufacture - by extrusion - of short-fibre reinforced glasses as well as structural and mechanical examinations of the thus produced specimens are represented. Due to the manufacturing process, extrusion results in a nearly unidirectional orientation of the fibres, parallel to the axis of the rod, with a corresponding high degree of reinforcement. After the explanation of the theoretical fundamentals of short-fibre reinforcement of brittle materials, the properties of the materials used for the experiments and the manufacture of the composites are described in detail. The subsequently illustrated examinations have clearly shown improvements of the mechanical properties of the glasses as well as good accordance with the theoretical considerations.

Die technische Anwendung von Gläsern wird in erster Linie durch ihre bekanntermaßen hohe Sprödbruchneigung eingeschränkt. Eine aussichtsreiche Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften von Gläsern zu verbessern, bietet die Einlagerung hochfester Verstärkungsfasern zur Erhöhung der Festigkeit sowie vor allem der Bruchzähigkeit dieser Werkstoffe. Dadurch können diesen Materialien neue Anwendungsgebiete erschlossen werden, in denen ihre zahlreichen vorteilhaften Eigenschaften zur Geltung kommen. In der vorliegenden Arbeit werden die Herstellung kurzfaserverstärkter Gläser mittels des Strangpreßverfahrens sowie strukturelle und mechanische Untersuchungen der dabei erhaltenen Probestäbe dargestellt. Das Strangpressen führt verfahrensbedingt zu einer nahezu unidirektionalen achsparallelen Ausrichtung der Kurzfasern im Strang mit entsprechend hoher Verstärkungswirkung. Nach der Darstellung der theoretischen Grundlagen der Kurzfaserverstärkung spröder Materialien werden die Eigenschaften der verwendeten Versuchswerkstoffe und die Herstellung der Verbünde eingehend beschrieben. In den anschließend erläuterten Untersuchungen der Verbundproben konnten sowohl deutliche Eigenschaftsverbesserungen der Gläser als auch gute Übereinstimmungen mit den theoretischen Betrachtungen festgestellt werden.