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Innig verbunden

Sie stecken in modernen Flugzeugen, Rennwagen und Yachten – und manchmal fliegen sie sogar zum Mond. Die Rede ist von sogenannten Composites: extrem stabilen Leichtbauwerkstoffen. Ihre herausragenden Eigenschaften machen sie zum Material der Zukunft.

Composites sind bis zu 70 Prozent leichter als Stahl und 30 Prozent leichter als Aluminium – dabei aber extrem stabil, korrosionsbeständig und haltbar. Diese Kombination macht sie für viele Bereiche interessant: Flugzeuge und Autos können durch die Gewichtsersparnis ihren Treibstoffverbrauch senken. Bei der Tour de France fahren Composites in ultraleichten Rennrädern ganz vorne mit. Und gehbehinderte Menschen freuen sich über extrem leichte und wendige Rollstühle.

Stark im Verbund

Composites – auch Faserverbundwerkstoffe genannt – sind spezielle Kunststoffe, bei denen Polymere mit verstärkenden Fasern aus Kohlenstoff, Glas oder Mineralien kombiniert werden. Zur Produktion von duroplastischen Composites werden hauptsächlich ungesättigte Polyesterharze (UP), Vinylesterharze (VE), Phenolharze, Epoxyharze (EP), Melaminharze (MF) und Polyurethane (PU) eingesetzt.

Der Verbund von Duroplasten und verstärkenden Fasern verleiht den Composites ihre herausragenden Eigenschaften:

  • leichtes Gewicht
  • hohe mechanische Stabilität
  • hohe Ermüdungsbeständigkeit
  • sehr hohe Korrosionsbeständigkeit
  • sehr gute Stoßfestigkeit
  • hohe Designflexibilität
  • sehr gute akustische Eigenschaften verbunden mit hoher Steifigkeit

Viele Wege führen zum Ziel

Für die Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen existieren viele unterschiedliche Verfahren. Die Wahl des geeigneten Verfahrens erfolgt je nach Einsatzgebiet und Anforderungen.

SMC-Verfahren (Sheet Moulding Compound)

Bei diesem Verfahren werden flächige SMC-Harzmatten aus einem hochviskosen Faser-Harz-Verbund hergestellt. Die Viskosität der Faser-Harz-Masse nimmt in der Weiterverarbeitung bei geschlossener Form unter Hitze und Druck ab, sodass das Harz und die darin enthaltenen Fasern in dem Presswerkzeug fließen. Der Duroplast vernetzt nun bei geschlossener Form.

Anwendungsgebiete: zum Beispiel Automobilbau, Elektroteile und Bau

BMC-Verfahren (Bulk Moulding Compound)

BMC liegt als eine teigige Masse vor, die in der Reaktionsspritzgusstechnik verarbeitet wird. Unmittelbar nach dem Kneten der BMC-Masse kann das Formteil hergestellt werden. Der Hauptunterschied zum SMC liegt in Gehalt und Länge der Fasern.

Anwendungsgebiete: zum Beispiel Transport, Elektroteile und Bau

RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding)

Beim RTM-Verfahren (Harzinjektionsverfahren) werden trockene Fasern, Matten oder Gewebe in ein Werkzeug eingelegt. Nach dem Schließen der Form wird flüssiges Harz eingespritzt. Es füllt alle Hohlräume in der Pressform und tränkt das Verstärkungsmaterial. In der Regel härtet das Formteil unter Hitze aus.

Anwendungsgebiete: zum Beispiel Bauteile, bei denen es auf eine Class-A-Oberfläche ankommt

Pultrusion

Bei der Pultrusion von Duroplasten werden die Verstärkungsfasern in einem Harz-Imprägnierbad getränkt. Anschließend wird der Faser-Harz-Strang in mehreren Vorformstationen immer näher an die benötigte Form orientiert und abschließend in einem beheizten Werkzeug geformt und ausgehärtet.

Handlaminierverfahren

Das Handlaminierverfahren ist das bekannteste Verarbeitungsverfahren. Dabei werden trockene Fasermatten oder Gewebe in eine einschalige, offene Form gelegt. Mit Handwalzen wird weiteres Harz eingebracht und ausgerollt. Dadurch wird das Harz durch das Verstärkungsmaterial gedrückt, um Luft zu entfernen und eine vollständige Durchtränkung zu erreichen.

Anwendungsgebiete: großformatige und komplexe Bauteile, ideal für Prototypen und Kleinserien

Faserspritzverfahren

Bei diesem Verfahren werden die Rovings genannten Glasfaser-Stränge in einem Schneidwerk auf vorgegebene Faserlänge geschnitten. Durch einen Spritzfächer wird das zerschnittene Glas zusammen mit dem Harz auf eine offene Form aufgebracht und vor dem Aushärten mit einer Rolle von Hand verdichtet und entlüftet.

Anwendungsgebiete: zum Beispiel zur Herstellung von Bootsteilen oder Verstärkungszellen aus Acrylat

Infusions- und Prepreg-Verfahren

Das trockene Fasermaterial wird auf eine mit Trennmittel beschichtete Form drapiert. Über das Fasermaterial wird ein Trenngewebe gelegt sowie ein Verteilermedium, welches das gleichmäßige Fließen des Harzes erleichtert. In einem weiteren Schritt wird die Form mit einer Vakuumfolie verschlossen. Nach dem Erzeugen des Vakuums wird das flüssige Harz in die Form injiziert.
Das Prepreg-Verfahren unterscheidet sich vom Infusionsverfahren lediglich durch die Verwendung von mit Harz vorimprägniertem Gewebe.

Anwendungsgebiete: zum Beispiel zur Herstellung von Kleinserien und Prototypen

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