Effizienterer Leichtbau dank Composites

Composites sind Werkstoffe, die durch die gezielte Kombination zweier oder mehrerer Materialien hergestellt werden.  In der Regel wird ein Material in Form von feinen Partikeln oder Fasern in ein anderes Material, die sogenannte Matrix, eingebettet.  Auf diese Weise können die individuellen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien miteinander kombiniert werden, um einen massgeschneiderten Verbund mit einer neuen, einzigartigen Kombination an Materialeigenschaften zu erhalten.

 

 

Struktureller Leichtbau wird seit den 1960er Jahren in immer stärkerem Masse mit faserverstärktem Kunststoff realisiert.  Hochfeste Carbon-, Glas- oder Aramidfasern in einer leichten Kunststoffmatrix ergeben Composites mit aussergewöhnlich hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten.  Durch geschickte Materialauswahl können auch elektrische, magnetische oder thermische Eigenschaften gezielt eingestellt werden.  Die Herstellungsprozesse erlauben oft die Integration zusätzlicher Funktionen durch das Einbetten von Sensoren oder Aktoren, mit denen solche Composites zu eigentlichen „Smart Materials“ werden.

 

 

Die einzelnen Komponenten möglichst fehlerfrei „zusammenzubacken“ ist entscheidend bei der Herstellung von Bauteilen aus Composites.  Darum sind die gängigsten Matrixmaterialien bis heute vernetzende Reaktivharze (Duromere), wie Epoxide oder Polyester.  Diese können dank ihrer Dünnflüssigkeit die Verstärkungsfasern leichter benetzen und umschliessen.  Solche Composites eignen sich gut für kleine Serien und gehören in Luft- und Raumfahrt zum Stand der Technik.

Faserverstärkte thermoplastische Composites  

Ein grosser Nachteil von Duromeren ist die notwendige Aushärtungszeit, die durch den Ablauf der chemischen Reaktion selbst bedingt wird.  Auch sind die Ausgangsprodukte von Duromeren gesundheitlich problematisch und erfordern besondere Massnahmen, um Mitarbeiter und Umwelt zu schützen.

 

 

Schmelzbare Kunststoffe (Thermoplaste) haben hier den Vorteil, dass zur Formgebung ein völlig ungiftiges Polymer lediglich erwärmt und wieder abgekühlt werden muss.  Dabei fallen praktisch keine VOC-Emissionen an.  Abhängig von Teilegrösse und –geometrie sind Taktzeiten von wenigen Sekunden möglich, was sich positiv auf die Herstellkosten niederschlägt.  Im Vergleich zu Duromeren bieten Thermoplaste in der Regel auch eine höhere Zähigkeit, bessere Chemikalien-beständigkeit, sowie inhärente Schweissbarkeit und direkte Recyclingfähigkeit.

 

 

next composites trägt durch intensive Entwicklungsarbeit dazu bei, dass Grossserien hochbelasteter und geometrisch komplexer Bauteile aus thermoplastischen Composites zu wettbewerbsfähigen Preisen machbar werden.