In diesem Kurstext setzen wir unsere Betrachtung zum Thema Verbundwerkstoff (Kompositwerkstoff) fort und stellen dir als angehenden Techniker in einer großen Übersicht die unterschiedlichen Arten vor. Zudem erfährst du in welchen Bereichen diese werkstoffe in erster Linie eingesetzt werden.
„Wie du bereits weißt, sind diese Werkstoffe Kombinationen von einem oder mehreren Werkstoffen, die zusammen bessere Zieleigenschaften aufweisen als allein.“
Verbundwerkstoff – Zusammensetzung
Im vorangegangenen Kurstext haben wir bereit die Unterteilung in
- Teilchenverbundwerkstoffe
sowie
- Faserverbundwerkstoffe
sowie
- Schichtverbundwerkstoffe
sowie
- Durchdringungswerkstoffe
vorgenommen.
Ein Verbundwerkstoff besteht aus zwei mindestens Bestandteilen. Der eine Teil sind die Teilchen und der andere Teil ist die Matrix. Hier werden die Teilchen oder Fasern in die Matrix des anderen Verbundwerkstoffes eingebettet.
Verbundwerkstoff – Unterteilung nach Stoffgruppen
Für den Einsatz als Kompositwerkstoff -Partner kommen unterschiedliche Werkstoffhauptgruppen zum Einsatz. Wir unterscheiden:
- Kunststoffe
sowie
- Metalle
sowie
- Keramiken
sowie
- Organische Werkstoffe (wie Holz)
Egal wie diese miteinander kombiniert werden, oberstes Ziel bleibt die Verbesserung des Endwerkstoffs.
Vorteile
Besonders faserverstärkte und dispersionsverfestigte Kompositwerkstoffe werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer guten Beständigkeit gegenüber höheren Temperaturen in der Industrie und im Bauwesen eingesetzt.
Speziell im Bereich Leichtbau dienen diese optimierten Verbundwerkstoffe als Ausgangsmaterial für diverse Produkte.
Beispiele und Verwendung
Es gibt eine Vielzahl von verbundenen Werkstoffen, von denen wir dir nun eine Auswahl vorstellen, die dir im Betrieb begegnen können:
- Glasfaser-Kunststoffe
sowie
- Stahlbeton
sowie
- Faserbeton
sowie
- Sperrholz
sowie
- Spannplatten
Diese Beispiele können wir auch in drei Hauptgruppen unterbringen:
Kompositwerkstoff – Teilchenverbundwerkstoffe – Beispiele
Zu den Teilchenverbundwerkstoffen zählen:
Beton
Es handelt sich hier um keramische Teilchen sowie eine keramische Matrix im Verbund.
Verwendung in der Bauindustrie beispielsweise für Mauerwerk oder Fundamente. Aber auch Stützen, Decken sowie Brücken werden aus Beton gefertigt.
Keramikverbunde
Es handelt sich hier um keramische Teilchen sowie eine keramische Matrix im Verbund.
Verwendung im Bauwesen für Dachziegeln, Backsteine und Bodenfliesen, sowie im Sanitärbereich für Waschbecken, WC-Schüssel und Badewannen. Außerdem eignet sich der Verbundwerkstoff auch für Ofenkacheln und Abdeckplatten. Auch Tassen und Teller werden aus Keramikverbunden hergestellt.
Schleifscheiben
Es handelt sich um keramische Teilchen sowie eine polymere Matrix im Verbund.
Verwendung primär zum Schleifen. Dabei unterscheiden wir je nach Art zwischen Kugelschleifen, Rundschleifen, Flanschschleifen sowie Tief- und Trennschleifen.
Hartmetall
Es handelt sich keramische Teilchen sowie eine metallische Matrix im Verbund.
Verwendung hauptsächlich in der Werkzeugindustrie als Material für Schneiden, also Drehmeißel, Fräsen sowie Bohrer.
Polymerbeton
Es handelt sich mineralische Teilchen sowie eine polymere Matrix im Verbund.
Verwendung im Straßenbau für Rohre und Rinnensysteme.
Spanplatten
Es handelt sich um organische Teilchen sowie eine polymere Matrix im Verbund.
Verwendung im Möbelbau für die Konstruktion von Schrankwänden oder Schranktüren und in der Bauindustrie für den Innenausbau von Häusern.
Sperrholz
Es handelt sich um organische Teilchen sowie eine polymere Matrix (auch als Schichtverbundwerkstoff /unten) im Verbund
Verwendung im Messebau für Messestände aber auch im Schiff- sowie Wohnwagenbau beispielsweise für Schränke.
Verbundwerkstoff – Faserverbundwerkstoffe – Beispiele
Zur Gruppe der Faserverbundwerkstoffe zählen u.a.
Stahlbeton
Der Aufbau besteht aus Rippen des Bewehrungsstahls mit Bindemittel Zement als Zwischenraumfüller.
Verwendung im Straßen- und Gebäudebau für langlebige sowie stark belastete Bauvorhaben.
Faserbeton
Es handelt sich hier um Beton mit Zugabe von Fasern (Zementfaser für Feuchträume)
Verwendung in tragenden Konstruktionen wie Kellerwänden oder Böden für Industriehallen
Glasfaserkunststoff
Hier handelt es sich um einen Kunststoff mit Glasfaser-Bestandteilen
Verwendung im Maschinen- und Anlagenbau für mechanisch sowie chemisch (korrosive) stark beanspruchte Bereiche.
Thermoplasten
Verbunden werden gleiche Kunststoffe, von deinen ein Teil als Fasern in die Matrix des anderen Teils eingeht.
Verwendung in Verpackungen, Ummantelungen für Leitungen, Rohre, Schläuche und Behälter.
Faser-Keramik-Verbundwerkstoff
Der Verbundwerkstoff besteht aus Siliciumcarbid in Verbindung mit Kohlenstofffasern
Verwendung in der Raumfahrt als Hitzeschutzschild oder für Gasturbinen als Material für die Turbinenbrennkammern sowie als Material für Bremsscheiben.
Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff
Glasfasern oder andere Fasern in einer Kunststoffmatrix, besser bekannt als Carbon.
Verwendung in Sportwagen (Formel 1) oder Inlineskates aufgrund des geringen Gewichts und der besonders guten Belastbarkeit. Zudem kommt es auch in der Luftfahrt zum Einsatz.
Verbundwerkstoff – Schichtverbundwerkstoffe – Beispiele
Nachfolgend findest du eine Übersicht von Schichtverbundwerkstoffen.
Verbundplatten
Sie bestehen aus organischen Teilchen und einer polymeren Matrix (Sperrholz), mind. 3 lagig.
Verwendung als Konstruktionswerkstoff im Hausbau für Wände und Dachstühle.
Verbundrohre
Es sind mehrschichtige Rohre aus unterschiedlichen Materialien (Kombination Aluminium als Kern, Polyethylen als Haftschicht) – Man spricht auch von Mehrschichtverbundrohren.
Verwendung im Heizungsbau da diese Rohre Sauerstoffundurchlässig und gleichzeitig korrosionsgeschützt sind.
Glasfaserverstärktes Aluminium
Abwechselnde Schichten aus Aluminium und Glasfaserlaminat
Verwendung im Flugzeugbau aufgrund des besseren Durchbrand- und Einschlagverhaltens. Zudem können die Glasfasern spontane Risse im Aluminium kurzzeitig überbrücken.
Bitmetall
Es handelt sich um Metallstreifen aus zwei unterschiedlichen Schichten verschiedener Metalle.
Verwendung in temperaturabhängigen Prozessen für Ventile oder Messinstrumente. Auch für die Temperaturregelung von Kaffeemaschinen, Toaster und Wasserkocher sowie Bügeleisen im Einsatz.
Hylite
Dreischichtige Verbindung bei der zwei Aluminiumfolien mit einer dazwischen liegenden Kunststoffschicht erzeugt werden
Verwendung für kleine Kisten, Kästen, Gehäuseteile, kleine Blenden sowie Koffer.
Honeycomb
Wabenförmig zusammengeklebte Röhrchen aus Polypropylen (PP) oder Aluminium, die anschließend mit einer Epoxidhartschicht überzogen werden.
Verwendung in der Raumfahrt oder Luftfahrt aufgrund der hohen mechanische Festigkeit bei geringem Gewicht.
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