Faserverbundwerkstoffe haben in vielen Bereichen Metallen als Standard-Werkstoff Konkurrenz gemacht. Insbesondere CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) und GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) kommen immer häufiger zum Einsatz.
Traditionsmaterial mit Zukunft
Faserverbundwerkstoffe sind die Verbindung verschiedener Grundmaterialien, die in geschickter Kombination einen Werkstoff mit besonders guten mechanischen Eigenschaften ergeben. Ihre Nutzung wurde bereits vor Jahrtausenden praktiziert, um beispielsweise Häuser windfest zu machen. Eines der bekanntesten modernen Verbundmaterialien ist Stahlbeton, der durch die Kombination von Stahl und Beton zug- und druckfest ist.
Der grundlegende Aufbau
Der Aufbau von Faserverbundwerkstoffen ist immer ähnlich: Ein lineares Gewebe wird mit einem weichen oder fließfähigen Material umhüllt, auch als Matrix bezeichnet. Nachdem das Material in die gewünschte Form gebracht wurde, wird es ausgehärtet. In der Regel wird dabei Epoxidharz oder Polyesterharz verwendet.
Faserverbundwerkstoffe und ihre Eigenschaften
Der größte Vorteil von Faserverbundwerkstoffen liegt in ihrer Flexibilität. Sie können einfach in verschiedene Formen gebracht werden und ermöglichen eine Serienfertigung. Je nach Auswahl der Materialien werden mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Oberflächenqualität beeinflusst. Allerdings leiden die hochfesten Eigenschaften der Verbundmaterialien, wenn die Fasern durchtrennt werden. Diese können nicht repariert werden und ein Austausch ist erforderlich. Die Entsorgung von ausgedienten Faserverbundwerkstoffen stellt eine Herausforderung dar, da die Recycling-Verfahren aufwendig und teuer sind.
Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK)
GFK besteht aus unter Hitze gesponnenen Fasern aus Glas, die in einer Matrix aus Kunstharz eingebettet werden. Die Kombination aus zugfesten Fasern und hochfestem Harz verleiht dem Material seine besonders guten Eigenschaften. Es wird vor allem in Windkraftanlagen, im Fahrzeugbau und in der Elektrotechnik aufgrund seiner elektrischen Isolationsfähigkeit geschätzt.
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK)
CFK ist noch besser für den Leichtbau geeignet als GFK. Es ist deutlich leichter und erzeugt dünnere Fasern. Je dünner die Faser, desto höher ist ihre Zugfestigkeit. Allerdings ist CFK aufwändiger in der Herstellung und teurer als GFK. Es wird unter anderem im Fahrzeug- und Flugzeugbau eingesetzt.
Verbundwerkstoffe als Halbzeuge
Faserverbundwerkstoffe werden in verschiedenen Formen als Halbzeuge hergestellt. Rohmatten werden in vorbereitete Formen gelegt und schichtweise mit Harz durchtränkt. Faser-Harz-Mischungen kommen bei Einblasverfahren zum Einsatz. Rovings sind gerollte Matten, die bereits mit Harz durchtränkt sind. Platten überzeugen durch hohe Druck- und Scherfestigkeit, müssen jedoch bei der Zerspanung beachtet werden. Prepregs sind vorgetränkte Mattenpakete, die vor allem bei Vakuum-Verfahren eingesetzt werden.
Faserverbundwerkstoffe sind vielseitig einsetzbar und bieten hohe Festigkeit und Leichtigkeit. Sie sind zwar anspruchsvoll in der Verarbeitung, gelten jedoch als Werkstoff der Zukunft.
