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Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe sind Materialien, die aus zwei oder mehr unterschiedlichen Bestandteilen zusammengesetzt sind, deren Eigenschaften in Kombination verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen. Komposite, wie Verbundwerkstoffe auch genannt werden, bestehen in der Regel aus mindestens drei Komponenten:

  • Basismaterial
  • Verstärkungsmaterial
  • Bindemittel, auch Matrix genannt

Die Bestandteile bleiben auf mikroskopischer Ebene innerhalb des fertigen Materials getrennt. Ohne spezielle Ausrüstung lassen sich die einzelnen Komponente jedoch nicht separieren – sie sind fest miteinander verbunden. Verbundwerkstoffe begegnen uns im Alltag etwa in Form von Getränkekartons, die aus mehreren Papier- und Kunststoffschichten bestehen. 

Vorteile von Verbundwerkstoffen sind ihre Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit an spezifische Anforderungen. Durch die Kombination verschiedener Werkstoffeigenschaften können sie – je nach Anwendung – eine hohe Zugfestigkeit, ein geringes Gewicht, eine hohe Korrosionsbeständigkeit oder eine hohe Temperaturtoleranz erzielen.

Anwendungen vom Flugzeugbau bis zur Verpackungstechnik

Verbundwerkstoffe finden breite Anwendung in verschiedenen Industrien. In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden sie für Teile von Flugzeugen und Raumfahrzeugen verwendet, um Gewicht zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Im Automobilsektor tragen sie zur Herstellung von leichten, sicheren und energieeffizienten Fahrzeugen bei. Im Bauwesen ermöglichen sie innovative Konstruktionen und verbesserte Isolationseigenschaften.

In der Verpackungstechnik ermöglichen Verbundwerkstoffe die Herstellung von leichten, aber robusten Verpackungen, die empfindliche Güter während des Transports schützen. Schaumstoffbasierte Verbundmaterialien bieten ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften und schützen vor Stößen, Vibrationen und Druck.

Ein bekanntes Beispiel für Verbundwerkstoffe mit Schaumstoff sind Schaumstoff-Sandwich-Paneele, bei dem Schaumstoff als Kernmaterial zwischen Schichten aus zwei Platten eingesetzt wird, um Leichtbauweise mit hoher Steifigkeit zu kombinieren. Auch schaumverstärkte Kunststoffe sind beliebte Schaumstoffkomposite in der Verpackungstechnik.

Die Nachhaltigkeit von Verbundwerkstoffen hängt von den verwendeten Materialien und den Herstellungsprozessen ab. Zur Herausforderung kann dabei die Trennung der einzelnen Komponenten von Verbundwerkstoffen werden. Fortschritte in der Materialwissenschaft zielen daher auf die Entwicklung von recyclingfähigen und umweltfreundlichen Verbundwerkstoffen ab.