Was sind eigentlich... Faserverbundwerkstoffe?

Im Flugzeugbau sind sie bereits Alltag und für die Automobilindustrie eröffnen sie ganz neue Möglichkeiten. Auch extrem leichte Fahrräder oder Rollstühle, die man mit einer Hand bequem in der Luft halten kann, enthalten meist Faserverbundwerkstoffe. 

Faserverbundwerkstoffe sind Leichtbauwerkstoffe, die besonders steif und stabil sind. Sie setzen sich in der Regel aus zwei Komponenten zusammen: einer Trägerschicht (Matrix) und verstärkenden Fasern. Die heute marktüblichen Faserverbundwerkstoffe bestehen aus Fasern geringer Dichte wie Kohlenstoff-, Glas- und Aramidfasern, die überwiegend in eine Matrix aus einem speziellen Kunststoff, nämlich der Polymermatrix, eingebettet werden. Bei Verbundwerkstoffen mit Kohlenstofffasern spricht man von kohlenstofffaserverstärkten oder carbonfaserverstärkten Kunststoffen (abgekürzt CFK) oder umgangssprachlich schlicht von Carbon. Die Abkürzung GFK wiederum steht für glasfaserverstärkte Kunststoffe.

 

Die Faser trägt die Last

In einem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff hat die Matrix u. a. die Aufgaben, die Formstabilität der Struktur zu erhalten und die Fasern vor Umwelteinflüssen zu schützen. Den Fasern kommt die lasttragende Funktion zu. Dementsprechend wird das Steifigkeits- und das Festigkeitsverhalten einer Faserverbundstruktur vor allem durch die Wahl des Fasermaterials bestimmt. Aramidfasern setzt man hauptsächlich im Sicherheitsbereich ein, etwa für Schutzhelme, schusssichere Westen und Fahrzeugpanzerungen. Bauteile aus CFK und GFK finden zum Beispiel im Flugzeugbau, Windenenergieanlagenbau, im Yachtbau und zunehmend im Automobilbau Anwendung.

Im Gegensatz zu Metallkonstruktionen finden bei Faserverbundwerkstoffen Herstellung und Formgebung gleichzeitig in einem Arbeitsschritt statt. Zu diesem Zweck sind speziell auf die Fertigung von Faserverbundwerkstoffen angepasste Technologien entwickelt worden. Kleine Stückzahlen können so problemlos gefertigt werden, die automatisierte – und damit kostengünstige – Produktion hoher Stückzahlen steckt hingegen noch in den Kinderschuhen und ist momentan ein wichtiges Forschungsthema.

 

Vielfältige Einsatzfelder von Composites

Der Vorteil der Faserverbundwerkstoffe liegt in der Kombination von Stabilität und Gewichtsersparnis. So sind etwa CFK-Strukturen nicht nur extrem widerstandsfähig und korrosionsbeständig, sondern auch bis zu 70 Prozent leichter als Stahl und 30 Prozent leichter als Aluminium. Flugzeuge und Autos können durch diese Gewichtsersparnis den Kerosin- bzw. Benzinverbrauch erheblich senken und stoßen so auch weniger schädliches CO2 aus.

Doch sind neue Einsatzfelder für Faserverbundwerkstoffe perspektivisch äußerst vielfältig, weil die Verbindung der Eigenschaften Leicht und Stabil in vielen Anwendungen von Bedeutung ist. So sind die genannten ultraleichten Fahrräder bei der Tour de France bereits Standard. Und ein Rollstuhl aus CFK wiegt gerade einmal sechs Kilogramm, so dass ihn zum Beispiel viele körperbehinderte Menschen vom Fahrersitz aus bequem in ihr Auto einladen könnten – ohne auf fremde Hilfe angewiesen zu sein.