Kompositen

Kompositen sind Werkstoffe, die aus zwei oder mehr unterschiedlichen Phasen bestehen, deren Kombination Eigenschaften ermöglicht, die die einzelnen Bestandteile allein nicht erreichen. Typischerweise besteht ein Komposit aus einer Matrix, die die Verstärkung bindet, und aus einer Verstärkung wie Fasern oder Partikeln, die Festigkeit, Steifigkeit oder Zähigkeit tragen. Die Bestandteile bleiben meist weitgehend unverändert, wodurch der Verbund anisotrope Eigenschaften hat.

Die häufigsten Komposite sind faserverstärkte Kunststoffe (FVK), bei denen Polymermatrize und Glas-, Kohle- oder Aramidfasern kombiniert werden. Weitere Kategorien umfassen keramische Verbundstoffe, Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe und Sandwichstrukturen, bei denen kurze oder endlose Verstärkungen mit Kernmaterial kombiniert werden. Vorteile sind hohes Festigkeits- und Steifigkeitsniveau bei geringem Gewicht, gute Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit; Nachteile sind höhere Kosten, komplexe Verarbeitung und begrenzte Recyclingmöglichkeiten. Die Eigenschaften eines Verbunds hängen stark von Ausrichtung, Volumenanteil der Faser sowie der Matrix ab.

Herstellung: Die Verstärkungen werden in eine Matrix eingebettet. Typische Verfahren sind Laminieren, Vakuuminfusion, Resin-Transfer-Molding, Pultrusion und Filament-Winding. Die Orientierung der Verstärkung bestimmt wesentlich die mechanischen Eigenschaften.

Anwendungen: Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Windkraft, Bauwesen und Sportgeräte. Komposite ermöglichen Leichtbau, Formfreiheit und Designs mit integrierten Funktionen, beispielsweise Kraft- und Schalenelemente.

Herausforderungen: Recycling und Entsorgung bleiben schwierig. Forschung konzentriert sich auf recyclingfähige Matrizesysteme, chemische Rückgewinnung von Faserwerkstoffen und schadensrobuste zerstörungsfreie Prüfung. Historisch wurden Komposite ab dem 20. Jahrhundert kommerziell verbreitet, mit Glasfaser in GFK und Kohlefaser in CFK als markante Pionierwerkstoffe in Strukturanwendungen.