In diesem Kurstext und dem nächsten Kurstext wird dir als angehendem Techniker und Ingenieur ausführlich alles zum Thema Verbundwerkstoffe einfach erklärt.
Auf dem obigen Bild handelt es sich um den Auschnitt eines Amaturenbretts aus einem Pkw. Das verwendete Material ist Carbon, bzw. Karbon.
🧪 Was ist ein Verbundwerkstoff?
Definition
Ein Verbundwerkstoff (Kompositwerkstoff) ist ein Werkstoff, der aus mindestens zwei unterschiedlichen Materialien besteht, die fest miteinander verbunden sind. Ziel ist es, die vorteilhaften Eigenschaften der Einzelstoffe zu vereinen und ihre jeweiligen Schwächen auszugleichen. Die Werkstoffe gehören dabei entweder unterschiedlichen oder gleichen Werkstoffhauptgruppen an (z. B. Metall + Kunststoff, Kunststoff + Fasern).
„Die Kombination der Werkstoffe führt zu besseren Eigenschaften, als es die Einzelkomponenten allein könnten.“
Ein typisches Beispiel ist Carbon (Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff), bei dem Kohlenstofffasern in eine Kunststoff-Matrix eingebettet sind.
Nicht selten findest du die Bezeichnung Kompositwerkstoff anstelle von Verbundwerkstoff. Beide Begriffe beziehen sich aber auf die gleiche Kombination von Werkstoffen.
📈 Warum verwendet man Verbundwerkstoffe?
Verbundwerkstoffe kommen immer dann zum Einsatz, wenn ein einzelner Werkstoff nicht alle geforderten Eigenschaften gleichzeitig mitbringt. Durch Kombination erreicht man:
✅ Höhere Festigkeit bei geringerem Gewicht
✅ Größere Temperaturbeständigkeit
✅ Bessere chemische Resistenz
✅ Verbesserte Verarbeitung und Formgebung
Im Automobilbau wird Carbon verwendet, weil es extrem leicht, aber gleichzeitig sehr stabil ist.
🔧 Aufbau & Struktur von Verbundwerkstoffen
Ein Verbundwerkstoff besteht aus zwei Hauptkomponenten:
Matrix: Umhüllt und fixiert die Einlagen, überträgt Kräfte
Verstärkungsstoff: Trägt zur Festigkeit bei (z. B. Fasern, Partikel)
Je nach Anordnung und Art der Verstärkung unterscheidet man:
- Faserverbundwerkstoffe (z. B. GFK, CFK)
- Teilchenverbundwerkstoffe (z. B. Keramikpartikel in Metallmatrix)
- Schichtverbunde (Laminate)
- Durchdringungsverbunde (z. B. poröser Werkstoff + Harz)
Verbundwerkstoffe aus Polymeren – Eigenschaften
Ausschlaggebend für Qualität eines Kompositwerkstoffes sind geometrische und stoffliche Eigenschaften der Verbindungspartner. Speziell die Größenunterschiede sind oft ein Faktor.
Erzeugt wird die Verbindung zumeist über einen
- Stoffschluss (Kohlefaser)
- Formschluss (Laminat)
In der Verpackungsindustrie verwendet man mit Verbundstoff einen weiteren Begriff für die Kombination von Materialien. Auf internationale Ebene spricht man häufig von Compound-Werkstoffen, wobei das Compound auf Deutsch Mischung heißt und sich auf kunststoffhaltige Verbundwerkstoffe bezieht.
💡 Top-Beispiel: Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK)
Aufbau: Kohlenstofffasern + duroplastische oder thermoplastische Matrix
Vorteile:
- extrem hohe Zugfestigkeit
- sehr geringes Gewicht
- korrosionsbeständig
Einsatzbereiche:
- Automobilbau (z. B. Amaturenbrett, Karosserie)
- Flugzeugbau
- Fahrradrahmen
🔪 Herstellung von Verbundwerkstoffen
1. Teilchen- und Faserverbunde:
Einbettung in eine Matrix (z. B. Kunststoff)
Häufig im Spritzguss- oder Extrusionsverfahren
2. Laminate:
Schichtweise Aufbringung und Verpressung
Verklebung oder Verschweißung der Schichten
3. Durchdringungsverbunde:
Poröses Material wird mit einer Flüssigkeit getränkt
Z. B. Sintern + Tränken mit Harz
🛋 Compoundierung: Kunststoff-Verbundwerkstoffe optimieren
Bei der Compoundierung werden sortenreine Kunststoffe mit Additiven, Füllstoffen oder Verstärkern gemischt:
✅ Erhöhung der Zugfestigkeit
✅ Verbesserung der Verarbeitbarkeit
✅ Farbanpassung durch Pigmente
✅ Reduktion der Entflammbarkeit
✅ Erhöhte Witterungs- und Temperaturbeständigkeit
Beim Spritzguss sorgt ein Entformungshilfsmittel dafür, dass das Bauteil sich leicht aus der Form lösen lässt.
Verbundwerkstoffe aus Polymeren – Optimierung / Vorteile
Dennoch gibt es viele Anwendungsfälle in deinen die Kombination positive Auswirkungen hat. Nachfolgend findest du eine Liste von Beispielen aus dem Bereich Kunststoff in denen dies gelungen ist:
- Steigerung der Zugfestigkeit bei Polymeren durch Zugabe von Verstärkungs- und Füllstoffen,
- Einstellung der Farbe durch Zugabe von Pigmenten oder Flüssigfarben für unterschiedliche Werkstoffgruppen,
- Reduzierung der Entflammbarkeit durch Zugabe von Flammschutzmitteln,
- Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von Kunststoffteilen, beispielsweise an Fahrzeugen oder Gebäuden durch Zugabe von Stabilisatoren,
- Verbesserte Beständigkeit gegenüber Abscheren und Temperatureinflüsse durch Zugabe von Stabilisatoren,
- Verbesserte Bearbeitbarkeit durch Zugabe von Verarbeitungshilfsstoffen,
Im Bereich Spritzguss wird das flüssige Polymer in Formen gespritzt und relativ schnell durch Kühlung erstarrt. Damit das Kunststoffteil direkt der Form entnommen werden kann und nicht an den Wandungen dieser anhaftet, fügt man dem Polymer einen Entformungshilfsstoff bei, der jedoch bei der späteren Nutzung des Formteils keine Funktion mehr erfüllt.
Unterteilung des Verbundes nach Formfaktoren
Unter geometrischen Gesichtspunkten lassen sich nachfolgende Formen unterscheiden:
- Faserverbundwerkstoffe (Kurzfaser, Langfaser, Endlosfaser)
- Teilchenverbundwerkstoffe (Partikel, Dispersionen)
- Laminate (geschichtete Verbundwerkstoffe)
- Strukturverbundwerkstoffe
- Durchdringungsverbundwerkstoffe.
Gelegentlich ist ein Werkstoff, der einen Verbund mit einem anderen Werkstoff eingehen soll, selbst bereits ein Verbundwerkstoff. Je nach Bestimmungszwecke lässt sich der polymere Verbundwerkstoff unterschiedlich herstellen. Hier werden Teilchen des einen Werkstoffs in die Matrix des anderen Werkstoffs eingebettet. Dieser Vorgang erfolgt in Lösungen, die anschließend erstarren. Ein Beispiel für die Komplexität dieser Verbindung sind Faserverbundwerkstoffe. Bei diesen existieren auf molekularer Ebene Bereiche in denen Fasern, in die eine Richtung verlaufen und andere eine andere Richtung aufweisen. Diese Schichtverbundwerkstoffe werden, wie der Name es bereits verrät, aus mehreren Schichten hergestellt. Dabei ist die obere Schicht zumeist für höhere Belastungen ausgelegt, wohingegen die darunter liegenden Schichten anderen Funktionen wahrnehmen. Hier ist ein Verkleben oder thermisches Verschweißen üblich. Hier erzeugt man das Hauptmaterial (Trägermaterial) offenporig (bspw. Sintern) und füllt es anschließend mit einem matrixfüllenden Bindemittel aus. Die gängigen Verfahren sind hier Tränken oder Lackieren. In diesem Video erhältst du einen Überblick zu den unterschiedlichen Verbundwerkstoffen und einen Einblick in die Verfahren mit denen Verbundwerkstoffe erzeugt werden können. Auch die genau Bezeichnung in den Verfahren stellen wir dir hierbei vor. Ein Verbundwerkstoff kombiniert mechanisch verschiedene Materialien – sie bleiben chemisch getrennt. Eine Legierung ist eine homogene Mischung auf atomarer Ebene (z. B. Bronze = Kupfer + Zinn). Es gibt keinen Unterschied – beide Begriffe bezeichnen dasselbe. In der Luftfahrt, Automobilbranche, Medizintechnik, Bauwesen, Sportgeräten und Elektronik. Nein. Nur wenn ein Kunststoff gezielt mit einem weiteren Werkstoff kombiniert wird (z. B. Faser), spricht man von einem Verbundwerkstoff. Verbundwerkstoffe vereinen die Stärken verschiedener Werkstoffe und kompensieren deren Schwächen. Sie bestehen typischerweise aus einer Matrix und einem Verstärkungsstoff und sind aus vielen Bereichen des modernen Engineerings nicht mehr wegzudenken. Besonders für angehende Techniker ist es wichtig, die unterschiedlichen Arten, Eigenschaften und Anwendungen von Kompositwerkstoffen zu kennen, um Werkstoffe optimal für ihren Einsatzzweck zu kombinieren. Nachdem du nun ein Gefühl für Verbundwerkstoffe hast, setzen wir im kommenden Kurstext unsere Betrachtung zu den Polymerwerkstoffen fort sowie erweitern die Gruppe der Polymere um andere Werkstoffe wie Beton und Stahl. “Wusstest du, dass unter jedem Kursabschnitt eine Vielzahl von verschiedenen interaktiven Übungsaufgaben bereitsteht, mit denen du deinen aktuellen Wissensstand überprüfen kannst?” Unser Dozent Jan erklärt es dir in nur 2 Minuten! Oder direkt den > kostenlosen Probekurs < durchstöbern? – Hier findest du Auszüge aus jedem unserer Kurse! Hat dir dieses Thema Polykondensation gefallen? – Ja? – Dann schaue dir auch gleich die anderen Themen zu den Kursen WT3 (Werkstoffprüfung) und Perfekte Prüfungsvorbereitung für nur 14,90 EUR/Jahr pro Kurs ++ Günstiger geht’s nicht!! ++ Oder direkt Mitglied werden und Zugriff auf alle 26 Kurse (inkl. Webinare + Unterlagen) sichern ab 7,40 EUR/Monat ++ Besser geht’s nicht!! ++
Dein Technikermathe.de-Team Verbundwerkstoffe aus Polymeren – Herstellung
Teilchen- und Faserverbundwerkstoffe
Laminat
Durchdringungswerkstoffe
Videoclip – Verbundwerkstoffe – Herstellung
❓ FAQ – Häufig gestellte Fragen zur Polyaddition
1. Was ist der Unterschied zwischen Verbundwerkstoff und Legierung?
2. Was ist der Unterschied zwischen Verbundstoff und Kompositwerkstoff?
3. Wo werden Verbundwerkstoffe verwendet?
4. Was sind die Nachteile von Verbundwerkstoffen?
5. Sind alle Kunststoffe Verbundwerkstoffe?
📚 Zusammenfassung
Mit ihrem breiten Einsatzspektrum, insbesondere im Leichtbau, bieten sie vielfältige Lösungen für technische Herausforderungen – aber auch neue Anforderungen an Recycling, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit. Was gibt es noch bei uns?
Optimaler Lernerfolg durch tausende Übungsaufgaben
Testfrage 1
Was ist Technikermathe?
Geballtes Wissen in derzeit 26 Kursen
TM1 (Technische Mechanik – Statik) an. 
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