Faserwerkstoffen

Faserwerkstoffe, auch faserverstärkte Verbundwerkstoffe, bestehen aus einer Verstärkungsfaser, die in einer Matrix eingebettet ist. Die Faser trägt die Last, die Matrix verteilt sie und schützt vor Umwelteinflüssen. Ziel ist ein hohes Festigkeits- und Steifigkeitsniveau bei vergleichsweise geringem Gewicht. Typische Beispiele sind glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) und kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK).

Hauptfasern sind Glas-, Kohle- und Aramidfasern (z. B. Kevlar); Natürliche Fasern wie Flachs, Hanf oder Sisal finden zunehmend in biobasierten Matrizes Verwendung. Basaltfasern gewinnen ebenfalls an Bedeutung. Die Faserwahl bestimmt maßgeblich die mechanischen Eigenschaften, während die Matrix Lastübertragung, Formgebung und Umweltbeständigkeit festlegt.

Matrize und Herstellung: Die Faser wird von einer Matrix umgeben, meist Polymerharze wie Epoxid, Polyester oder Vinylester; metallische oder keramische Matrizes kommen in speziellen Anwendungen vor. Typische Herstellungsverfahren sind Prepreg-/Laminierung, Resin-Transfer-Molding (RTM), Filament-Winding und Pultrusion.

Eigenschaften und Anwendungen: Verbundwerkstoffe bieten hohes Festigkeits- und Steifigkeitsverhältnis, gute Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie anpassbare Wärme- und Dämpfungseigenschaften. Nachteile sind Kosten, komplexe Verarbeitung, anisotrope Eigenschaften und begrenzte Reparaturmöglichkeiten. Typische Anwendungen sind Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Windenergie, Bauwesen, Sportgeräte und Marine.

Umweltaspekte: Recycling und Entsorgung stellen Herausforderungen dar, insbesondere duroplastische Harze. Thermoplasteigenschaften erleichtern Rezyklierbarkeit. Forschung zielt auf biobasierte Matrizes, verbesserte Recyclingprozesse und langlebige Designs, um die Nachhaltigkeit von Faserwerkstoffen zu erhöhen.