verstärkte Kunststoffe

Was sind faserverstärkte Kunststoffe?

Verbundwerkstoffe bzw. Composites ist der Oberbegriff für die Gruppe der Faserverbundkunststoffe oder faserverstärkten Kunststoffe (FVK). Im englischen Sprachgebrauch wird für FVK in der Regel der Begriff Composites verwendet, obwohl die Bezeichnung Fibre Reinforced Plastics passender wäre.

Der Grundwerkstoff bzw. die Matrix ist bei FVK immer ein Kunststoff. Um den Kunststoff zu verstärken und zu funktionalisieren, werden für gewöhnlich Fasern in die Kunststoffmatrix eingebettet. Die Fasern werden hierbei vom Kunststoff umhüllt, an der gewünschten Position fixiert und vor Umwelteinflüssen geschützt.

Die Länge der eingebetteten Fasern spielt eine wichtige Rolle für die Eigenschaften des Werkstoffs. Lange Fasern fördern die Verstärkungswirkung, wohingegen kurze Fasern die Verarbeitung der FVK erleichtern. Deshalb unterscheidet man auch zwischen kurzfaser-verstärkten, langfaser-verstärkten und endlosfaser-verstärkten Kunststoffen. Es gibt jedoch keine genauen Definitionen für die Faserlänge der einzelnen Werkstoffgruppen. Häufig wird eine Faser ab einer Länge von mehreren Millimetern als Langfaser gewertet.

Wodurch erhalten faserverstärkte Kunststoffe ihre besonderen Eigenschaften?

Das hohe Anwendungspotenzial von Faserverbundkunststoffe beruht auf der Kombinationen der jeweiligen Materialeigenschaften des Grundwerkstoffs und der eingebetteten Fasern. Kunststoff ist leicht, aber im Vergleich zu Metallen auch weniger belastbar. Diesen Mangel kann man beispielsweise durch die Einbettung von Fasern ausgleichen. Im Faserverbundkunststoff dienen die Verstärkungsfasern somit zur Aufnahme von Zug- und Druckbelastungen. Die Kunststoff-Matrix ist hingegen für die Aufnahme der Scherungskräfte zuständig.

Die jeweiligen Eigenschaften eines FVK basieren auf der Auswahl der Fasern und des Grundwerkstoffs sowie der Faserlänge, Faserrichtung und dem Faservolumenanteil. Die Materialeigenschaften können deshalb bei faserverstärkten Kunststoffen von Produkt zu Produkt stark variieren. Faserverbundkunststoffe finden unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, der Mobilität, in der Windenergie, im Bauwesen sowie im Sport- und Freizeitbereich Anwendung.