Faserverbundtechnik in Theorie und Praxis – Grundlagenseminar

Folgende Fragen, hier im Interview mit der Seminarleiterin Frau Distelkamp, die im Zusammenhang mit der Anwendung von Faserverbundtechnik im industriellen Einsatz auftauchen, werden im Seminar beantwortet:

            1. Wie hat sich die Faserverbundtechnik in den letzten Jahren entwickelt und welche neuen                          Möglichkeiten eröffnen sich dadurch für verschiedene Anwendungsgebiete?

Die gesamte Herstellungsmenge duroplastischer Composites (ohne CFK) betrug im Jahr 2022 insgesamt 1.138 Kilotonnen, nach 1.250 Kilotonnen im Vorjahr. Damit lag der Anteil dieser Materialgruppe bei 41,8 % des Gesamtmarktes in Europa. Im Vergleich zum Vorjahr zeigt sich ein leichter Rückgang des Marktanteils im Gegensatz zu den thermoplastischen Systemen von 1,2 % gegenüber 2021. Die beiden Hauptanwendungsgebiete für duroplastische Composites bleiben der Bau-/Infrastrukturbereich sowie der Transportbereich.

2.  Welche Vorteile bieten Faserverbundwerkstoffe im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen, insbesondere in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften und ihr Gewicht?

Mit dem Wissen, dass zukünftige technische Innovationen hauptsächlich in den Überschneidungsbereichen zwischen den Natur- und Ingenieurswissenschaften entstehen werden, besteht die Erwartung, dass durch eine engere Zusammenarbeit von Mechanik, Chemie und Biologie wesentliche technische Entwicklungen weiterhin stattfinden werden. Die zugrundliegenden Bausteine des Faserverbund-Werkstoffes können diesen Anforderungen gerecht werden.

Leichtbau: Vermeidung von Spannungskonzentrationen durch Anpassung der Faserrichtungen und Einsatz effizienter, angepasster Werkstoffe.

Wir rechnen mit Gewichtseinsparungen gegenüber von Stahlbauweisen von ca. 40 %, bei Aluminiumbauweisen um 25 %

In einigen Fällen mit bestimmten Bauteillasten können sogar Gewichtseinsparungen von bis zu 70 % erreicht werden.

3. Welche unterschiedlichen Arten von Fasern werden in der Faserverbundtechnik verwendet, und wie beeinflussen sie die Eigenschaften des Verbundmaterials?

Glasfasern sind die am häufigsten verwendeten Verstärkungsfasern in Kunststoffverbunden. Sie haben gute mechanische, chemische und dielektrische Eigenschaften und sind zudem sehr preisgünstig.

Aramidfasern haben von den drei gebräuchlichsten Fasertypen das geringste spezifische Gewicht und zeichnen sich durch eine extreme Zähigkeit und Verschleißfestigkeit aus. Auffällig ist auch der negative Wärmeausdehnungskoeffizient, d.h. die Fasern verkürzen sich bei Erwärmung. In Verbindung mit Matrixwerkstoffen mit positiver Wärmedehnung lassen sich so Laminate „einstellen“, die in weiten Temperaturbereichen praktisch keine Wärmedehnung aufweisen.

Kohlenstofffasern sind wegen ihres hohen E-Moduls für Anwendungen prädestiniert, in denen vor allem eine hohe Steifigkeit erforderlich ist. Während Glas- und Aramidfasern hohe elektrische Isolationswirkung haben, sind Kohlenstofffasern elektrisch leitend. Diese besondere Eigenschaft kann ausgenutzt werden, indem im Laminat eingebettete Kohlenstofffasern als Widerstandsleiter zur Beheizung von Formen oder anderen Bauteilen verwendet werden.

Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFKs)

Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) sind Werkstoffverbunde aus Kunststoffen, wie Polyesterharzen, Epoxidharzen oder Polyamiden und Naturfasern aus Hanf, Flachs, Kenaf oder ähnlichen natürlichen Ressourcen.

NFKs zeichnen sich durch eine hohe Steifigkeit, eine hohe Zugfestigkeit, eine geringe Splitterneigung, wie auch durch eine geringe Dichte aus. Neben den hervorragenden mechanischen Eigenschaften begründet sich der steigende Bedarf nach Anwendungen aus NFKs durch ihre ökologischen Vorzüge. Die eingesetzten Verstärkungsfasern sind dementsprechend biologisch abbaubar und wachsen auf natürliche Art und Weise nach. Somit zeichnen sich NFKs auch durch eine adäquate Werkstoff-Energiebilanz aus.