Polymermatrizen

Polymermatrizen sind die kontinuierliche Phase in faserverstärkten Polymerverbundstoffen. Sie umschließen die Verstärkungsfasern, übertragen Lasten zwischen ihnen und schützen das Material vor Umwelteinflüssen. Die Matrix bestimmt maßgeblich Temperaturstabilität, chemische Beständigkeit, Zähigkeit und Verarbeitbarkeit des Verbundmaterials, während die Faserstruktur Festigkeit und Steifigkeit liefert.

Es gibt thermisch vernetzte (thermosetting) Matrizen wie Epoxidharze, Polyesterharze, Vinylesterharze und Phenolverbindungen sowie thermoplastische Matrizen wie Polyetheretherketon (PEEK), Polyamide, Polycarbonate und Polystyrol. Thermosets vernetzen während der Aushärtung chemisch, Thermoplaste lassen sich durch Schmelzen verarbeiten und anschließend erstarren.

Wichtige Herstellungsverfahren umfassen Lagenaufbau, Prepreg-Herstellung, Resin-Transfer-Molding (RTM), Vakuuminfiltration (VARTM), Compression Molding und Kalandrier-/Press-Verfahren. Die Wahl der Matrix hängt von Anwendungsanforderungen wie Temperaturgrenze, Schlagzähigkeit, Wasseraufnahme und Kosten ab.

Zu den typischen Eigenschaften zählen Glasübergangstemperatur, Modulus, Zähigkeit, chemische Beständigkeit, UV-Resistenz sowie die Interfacialadhäsion zu den Fasern. Eine gute Wechselwirkung zwischen Matrix und Faser ist entscheidend für Lastübertragung und Delamination-Vermeidung.

Typische Anwendungsbereiche sind Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Windkraft, Sportgeräte, Schiffbau und Elektronikgehäuse. Sämtliche Harztypen weisen unterschiedliche Recycling- und Umweltprofile auf: Thermoplaste sind oft leichter recycelbar, während viele Thermosets schwerer zu recyceln sind. Aktuelle Entwicklungen zielen auf biobasierte oder recycelbare Matrizen sowie auf Nanokomposite, die Zähigkeit und Temperaturbeständigkeit verbessern.