Wissenswertes über Verbundwerkstoffe - Modulor

Allgemeines<br />

Kunststoff<br />

Gummi<br />

<strong>Verbundwerkstoffe</strong><br />

Holz<br />

Kork<br />

Papier<br />

Pappe<br />

Karton<br />

Metall<br />

Textilien<br />

Leder<br />

Kunstleder<br />

Bänder<br />

Ketten<br />

Schläuche<br />

Klein- und<br />

Formteile<br />

Zeichnen<br />

Grafik<br />

Büro<br />

Werkzeug<br />

Arbeitsschutz<br />

Klebstoff<br />

Klebeband<br />

Formen<br />

Abformen<br />

Gießen<br />

Farben<br />

Chemie<br />

Pinsel<br />

Basteln<br />

Werken<br />

Floristik<br />

Deko<br />

Display<br />

Event<br />

Modellbau<br />

Möbel<br />

Licht<br />

Systeme<br />

Behälter<br />

Taschen<br />

Verpackung<br />

Bücher<br />

Magazine<br />

Medien<br />

Karten<br />

Spielzeug<br />

Accessoires<br />

Anhang<br />

B · 2<br />

<strong>Wissenswertes</strong> Sandwichplatten<br />

mit Schaumkern<br />

<strong>Verbundwerkstoffe</strong><br />

Sandwichplatte<br />

Kern: Aluminiumwaben, Decklagen:<br />

aramidfaserverstärkter Kunststoff<br />

Sperrholz Buche (Industriebodenplatte)<br />

Sandwichplatte<br />

Kern: Pappwaben, Decklagen: Gipskarton<br />

Kohlefasergewebe<br />

Sandwichplatten<br />

mit Massivkern<br />

Faserverstärkte<br />

Kunststoffplatten<br />

www.modulor.de • Telefon +49 (0)30-690 36-0 • Mengenrabatte bitte anfragen • Katalog-Preise: € inkl. MwSt.<br />

In den letzten Jahren sind die Anforderungen an moderne Werkstoffe durch veränderte<br />

gesetzliche Rahmenbedingungen, die Verknappung von Energie und durch<br />

individuelle Kundenwünsche enorm gestiegen. Vielfach wird ein Eigenschaftsprofil<br />

erwartet, das nicht mehr durch ein einziges Material abgedeckt werden kann, sondern<br />

die Kombination verschiedener Werkstoffcharakteristika notwendig macht. Für<br />

den Flugzeugbau werden beispielsweise Werkstoffe benötigt, die einerseits hochfest<br />

sein müssen, um die Belastungen bei Start und Landung aushalten zu können; andererseits<br />

sollen Materialien verbaut werden, die ein möglichst geringes Gewicht haben.<br />

Ähnliche Anforderungen gelten für Kraftfahrzeuge, die Raumfahrt oder die<br />

Sportgeräteentwicklung. Bei Lebensmittelverpackungen wird z. B. eine Konstruktion<br />

aus verschiedenen Materialschichten (Karton, Kunststoff, Aluminium) verwendet,<br />

um das Nahrungsmittel vor äußeren Einflüssen zu schützen und gleichzeitig einen<br />

effizienten Transport zu gewährleisten. Während eine Kunststofffolie den Flüssigkeitsaustritt<br />

verhindert, stellt die Aluminiumschicht eine gute Barriere gegen das<br />

Eintreten von Sauerstoff dar. Damit bleibt das Nahrungsmittel länger haltbar und<br />

verdirbt weniger schnell.<br />

Aus verschiedenen Materialien zusammengesetzte Werkstoffe werden in der Fachsprache<br />

als <strong>Verbundwerkstoffe</strong> bezeichnet. Da sich die Eigenschaften eines solchen<br />

Verbundes durch Kombination verschiedener Materialeigenheiten anwendungsspezifisch<br />

zusammenstellen lassen, werden in diesem Bereich in den nächsten Jahren<br />

die größten Entwicklungssprünge erwartet. Entsprechend des geometrischen Aufbaus<br />

eines Verbundwerkstoffs und der Anordnung der verschiedenen Materialkomponenten<br />

unterscheidet man Schichtverbunde, Faser- und Teilchenverbundwerkstoffe<br />

sowie Durchdringungsverbunde.<br />

Schichtverbunde bestehen aus mehreren Werkstoffschichten, die fest miteinander<br />

verbunden sind. Beispiele sind Sperrhölzer, bei denen die Neigung von Holz, sich<br />

unter Feuchtezunahme zu dehnen, durch die Anordnung der verschiedenen Furnierlagen<br />

verhindert wird. Sperrhölzer bestehen aus mindestens 3 kreuzweise verleimten<br />

Lagen, so dass die Fasern benachbarter Schichten jeweils im 90°-Winkel zueinander<br />

ausgerichtet sind. Ungewünschte Dimensionsänderungen werden „abgesperrt“ (siehe<br />

Holzkapitel).<br />

Bei Bimetallen dienen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zweier<br />

Metallstreifen dazu, bei Wärmezufuhr eine Biegung in Richtung der Seite mit der<br />

geringeren Dehnung zu erzeugen. Sie <strong>über</strong>nehmen in Elektrogeräten wie Bügeleisen<br />

zum Beispiel eine Schalterfunktion.<br />

Ein weiteres Beispiel eines Schichtverbundes ist das Verbundsicherheitsglas. Es besteht<br />

aus mehreren Glasplatten, die mit einer Kunststofffolie bei Hitze und unter<br />

Druck fest miteinander verbunden werden. Bei Bruch kleben die Glassplitter an der<br />

Folie, was schwerwiegende Verletzungen verhindert.<br />

Bestehen Schichtverbunde aus drei oder mehr Schichten mit zwei identischen Außenlagen,<br />

spricht man von einer Sandwichstruktur. Sandwichplatten mit Schaumkern<br />

sind wohl jedem Gestalter für Präsentationszwecke oder aus dem Modellbau<br />

bekannt. Für industrielle Anwendungen sind Sandwichverbunde mit Metallblechen<br />

als Deckmaterial und einem leichten Kunststoffkern besonders interessant. Zu diesen<br />

zählt beispielsweise die Verbundplatte „Hylite“, die eine hohe Biegesteifigkeit bei<br />

gleichzeitig niedrigem Gewicht miteinander kombiniert und sich durch Tiefziehen<br />

verarbeiten lässt. Die Deckbleche bestehen aus Aluminium, der Kern aus Polypropy-<br />

len.<br />

Rohre Stäbe<br />

Eine solche Dreischichtstruktur ist auch für die Herstellung von Verbundrohren besonders<br />

geeignet. Ein Aluminiumrohr im Kern wird mit Kunststoffschichten innen<br />

und außen beschichtet. Auf diese Weise entsteht bei Rohrleitungen zur Trinkwasserversorgung<br />

oder zur Heizungsinstallation eine Alternative zu Kupferrohren, die<br />

wesentlich leichter ist und auf einfache Weise gebogen werden kann.<br />

Die Optimierung der Eigenschaften eines Werkstoffs durch Beimischen von Fasermaterial<br />

ist das wohl bekannteste Prinzip unter den Verbundstrukturen. Offensichtlich<br />

werden die Vorteile einer solchen Struktur bei faserverstärkten Kunststoffen. Glasfasern<br />

sind hier das am häufigsten eingesetzte Verstärkungsmaterial. Unter Verwen-

---

dung von Kohlefasern lassen sich mittlerweile <strong>über</strong>aus hochfeste Bauteile herstellen,<br />

die metallische Werkstoffe im Boots- und Fahrzeugbau mehr und mehr ersetzen.<br />

Eigenschaften, Anwendungsbereiche und Verarbeitungsmöglichkeiten von faserverstärkten<br />

Kunststoffen werden im Kunststoffkapitel näher erläutert.<br />

Das Thema Nachhaltigkeit hat auch in der Gruppe der faserverstärkten Werkstoffe<br />

in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. So versuchen Produzenten immer<br />

häufiger, natürliche Fasern einzusetzen, um die Ökobilanz moderner Mobilität zu<br />

verbessern. Die deutsche Fahrzeugindustrie hat in 2006 bereits 160.000 t Naturfasern<br />

verbaut, im Schnitt 4,2 kg pro Fahrzeug.<br />

Ein relativ neuartiger Verbundwerkstoff besteht aus einer Vielzahl miteinander ver-<br />

leimter, jeweils nur wenige Zehntel Millimeter dicker Schichten aus Aluminium und<br />

einem Glasfaseranteil. Der Werkstoff wurde unter der Bezeichnung GLARE (glassfibre<br />

reinforced alumnium) bekannt und ist speziell für die Flugzeugindustrie entwi-<br />

ckelt worden. Die Vorteile gegen<strong>über</strong> konventionellem Aluminium liegen in einem<br />

besonders guten Einschlag- und Brandverhalten. Risse werden durch die Glasfasern<br />

<strong>über</strong>brückt, so dass der Werkstoff höheren Belastungen ausgesetzt werden kann.<br />

Werden größere Teilchen zu einem Werkstoff zusammen geführt, spricht man nicht<br />

mehr von Faser- sondern von Teilchenverbunden. Beispiele sind Holzspanplatten<br />

oder harzgebundene Industriesteine. Spanplatten werden aus Holzresten und Sägespänen<br />

hergestellt und unter Hitze mit Hilfe von Kunstharz zu einem festen Werkstoff<br />

verklebt. Harzgebundene Industriesteine kommen zum Einsatz, wenn man die<br />

Eigenschaften von Gesteinswerkstoffen benötigt und gleichzeitig von einer einfachen<br />

gießtechnischen Verarbeitung profitieren will.<br />

Kork-Polymer-Komposite (CPC) sind neue Beispiele für den Bereich der Teilchenverbundwerkstoffe.<br />

Dieses Material besteht aus Naturkorkpartikeln und einem Bindemittel.<br />

Es wirkt dämpfend auf Stöße und Schwingungen, kann thermogeformt<br />

werden und hat eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit, was es insbesondere für<br />

Medizin- und Sportartikel prädestiniert.<br />

Durchdringungsverbunde bestehen aus einem porösen Ausgangsmaterial, das in<br />

eine aushärtbare Flüssigkeit getaucht wird. Ein Beispiel ist Kunstharzpressholz.<br />

Dr. Sascha Peters hat die Rubrik „<strong>Wissenswertes</strong>“<br />

für die Kapitel Kunststoffe, Metalle,<br />

Papier, Holz, Textilien und <strong>Verbundwerkstoffe</strong><br />

verfasst. Er ist Autor und<br />

Mitherausgeber unserer Empfehlung für<br />

weitergehende Materialinformationen:<br />

Handbuch für Technisches Produktdesign,<br />

Autor (Text) und inhaltliche Gliederung:<br />

Dr. Sascha Peters,<br />

Springer-Verlag Berlin / Heidelberg<br />

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<strong>Verbundwerkstoffe</strong><br />

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Kork<br />

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Textilien<br />

Leder<br />

Kunstleder<br />

Bänder<br />

Ketten<br />

Schläuche<br />

Klein- und<br />

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Grafik<br />

Büro<br />

Werkzeug<br />

Arbeitsschutz<br />

Klebstoff<br />

Klebeband<br />

Formen<br />

Abformen<br />

Gießen<br />

Farben<br />

Chemie<br />

Pinsel<br />

Basteln<br />

Werken<br />

Floristik<br />

Deko<br />

Display<br />

Event<br />

Modellbau<br />

Möbel<br />

Licht<br />

Systeme<br />

Behälter<br />

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