Definition von Verbundwerkstoffen:
Verbundwerkstoffe entstehen durch die Kombination von zwei oder mehr festen Materialien, die sich nicht miteinander vermischen. Viele natürliche Substanzen zeigen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Verbundwerkstoffen ist, dass sie überlegene Qualitäten im Vergleich zu den einzelnen Bestandteilen aufweisen, aus denen sie bestehen.
Eigenschaften von Verbundwerkstoffen:
Verbundwerkstoffe werden aufgrund ihrer geringeren Dichte im Vergleich zu Metallen, ihrer einfachen Formbarkeit, ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und ihrer guten Oberflächenqualität geschätzt. Besonders Polymerverbundstoffe bieten in vielen Bereichen Vorteile durch ihre dimensions- und thermische Stabilität, hohe Festigkeit, Steifigkeit und außergewöhnliche Verschleißfestigkeit. Darüber hinaus können Verbundwerkstoffe in Bezug auf Haltbarkeit und Steifigkeit mit Metallen konkurrieren, während sie außergewöhnlich leicht sind. Verbundwerkstoffe bestehen in der Regel aus drei grundlegenden Elementen: Matrix, Verstärkung und Zusatzstoffen.
- Matrix: Die kontinuierliche Phase der Matrix besteht aus duroplastischen oder thermoplastischen Polymermaterialien. In der Duroplast-Gruppe wird hauptsächlich Polyester verwendet, ebenso wie Epoxidharz, Phenolharz und Vinylester. In der Thermoplast-Gruppe werden in der Regel Polypropylen und Polyamid verwendet, aber auch Polybutylenterephthalat, Polyetheretherketon und Polyethersulfon kommen zum Einsatz.
- Verstärkung: Verstärkungen verbessern die Matrix und machen typischerweise etwa 60 % des Volumens aus. Materialien wie Aramid, Kohlenstoff, Graphit, Bor, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Glas und Polyethylen werden häufig als Verstärkungen eingesetzt.
- Zusatzstoffe: Zusatzstoffe werden hinzugefügt, um gewünschte Eigenschaften in Verbundwerkstoffen zu verbessern. Sie finden Anwendung in verschiedenen Industrien wie Bauwesen, Verteidigung, Luft- und Raumfahrt sowie Konsumgüter, wenn Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. In den Bereichen Marine, Landtransport und Elektroelektronik können sie je nach spezifischen Anforderungen eingesetzt werden. Besonders in der Automobilindustrie hat der Einsatz von Zusatzstoffen stark zugenommen.
Wachsende Bedeutung von Verbundwerkstoffen:
Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften haben Verbundwerkstoffe im Vergleich zu Metallwerkstoffen über die Jahre erheblich an Bedeutung gewonnen. Ihr geringes spezifisches Gewicht bietet einen erheblichen Vorteil für den Einsatz in Leichtbaustrukturen. Darüber hinaus werden faserverstärkte Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit sowie ihrer thermischen, schall- und elektrischen Isolierung bevorzugt. In Landschaftssektoren wie Infrastruktur und Umweltplanung dient die Nicht-Recyclingfähigkeit von Verbundwerkstoffen auch als Abschreckung gegen Diebstahl.
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