Faserverbundwerkstoffe

Erläuterung: Faserverbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe kennt jeder. Stahlbeton, der in nahezu jedem Gebäude zur Sicherung der Stabilität verarbeitet wird ist solch ein Verbundwerkstoff. Faserverbundwerkstoffe dienen zur Verstärkung und kommen beispielsweise als Gelege beim Dachbau oder, sehr viel bekannter, als Carbon in Formel 1 Autos zum Einsatz. Da bei der Formel 1 sehr hohe Geschwindigkeiten und daher sehr viel Bewegungsenergie herrscht, muss dieser Faserverbundwerkstoff äußerst viel Energie aufnehmen können ohne dabei komplett zerstört zu werden. Die Fasern der Faserverbundwerkstoffe eignen sich exzellent für diese Aufgabe, da die so genannten Fehlstellen im Material weit voneinander getrennt liegen und somit nicht das gesamte Material, sondern nur ein kleiner Teil zerstört werden kann. Die übrigen Fasern bleiben im Idealfall davon unberührt. Bildlich gesprochen stürzt das Kartenhaus nicht ein, sondern bleibt unbeschadet stehen. Eine echte Meisterleistung des Faserverbundwerkstoffs.

Vorteile: Faserverbundwerkstoff

Wie oben beschrieben ist ein riesiger Vorteil, dass der Faserverbund aufgrund der Fasern wenige Fehlstellen besitzt und es somit weniger häufig zu einem Bruch kommt. Ein äußerst stabiles Material. Das ist beispielsweise Stahl aber auch. Damit kommen wir zum zweiten, mit entscheidenden Vorteil. Der Faserverbundwerkstoff wie zum Beispiel Gelege sind sehr leicht und haben eine besonders hohe „spezifische Festigkeit“. Spezifische Festigkeit stellt das Verhältnis zwischen Gewicht und Festigkeit dar. Im Klartext bedeutet dies, dass beispielsweise Gelege trotz Ihres geringen Gewichts sehr fest und robust sind. Aus diesem Grund werden Faserverbundwerkstoffe hauptsächlich dort eingesetzt, wo es auf besondere Festigkeit und möglichst geringes Gewicht ankommt. Dies findet man im Motorsport, in der Raumfahrt, im Sportgerätebau und eben auch im Gebäudebau statt.

Technisches zu Faserverbundwerkstoffen

Faserverbundwerkstoffe lassen es vom Namen her bereits erahnen: Es handelt sich um ein Material, dass aus 2 unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Um eine Verstärkungswirkung zu erzielen, müssen bestimmte Bedingungen erfüllt werden. Beim Faserverbundwerkstoff gibt es zum einen die Fasern und zum anderen die Matrix als zweiten Werkstoff. Diese Kombination stellt unter 3 Bedingungen einen Faserverbundwerkstoff dar, welcher verstärkt wirken kann.

Als erste Bedingung gilt:
1. Elastizitätsmodul der Faser in Längsrichtung > Elastizitätsmodul des Matrixstoffs.
2. Bruchdehnung Matrixwerkstoff > Bruchdehnung der Fasern.
3. Bruchfestigkeit der Faser > Bruchfestigkeit des Matrixwerkstoffs.

Nur ein Werkstoff, der alle 3 Bedingungen gleichermaßen erfüllt, gilt als Faserverbundwerkstoff. Weitere Grenzen des Materials wie Farbgebung existieren nicht und haben keinen Einfluss auf die spezifische Festigkeit des Verbundwerkstoffs. Entscheidend für die Festigkeit und endgültige Qualität des Endprodukts sind die beiden Werkstoffe, die zur Herstellung verwendet werden. Natürlich bestimmt auch hier der Preis, den der Kunde bereit ist zu bezahlen eine große und mit entscheidende Rolle.