Vorteile und Nachteile von Polymerverbundwerkstoffen

Das Raumschiff hatte am Rand seiner FlĂĽgel Polymer-Verbundplatten.

Polymerverbundstoffe bestehen aus Fasern, die in einer elastischen Kunststoffmatrix eingebettet sind. Die Faser stellt die Stärke oder Verstärkung für das Verbundmaterial bereit, und die Matrix stellt den Träger zur Verfügung. Verbundmaterialien treten in der Natur auf. Holz ist ein natürlicher Verbundstoff aus Cellulose als Faser und Lignin als Matrix. Polymer-Verbundwerkstoffe sind leicht und widerstehen Hitze und Korrosion besser als herkömmliche Kunststoffe oder natürliche Verbundwerkstoffe. Sie wurden zuerst in den 1940er Jahren für militärische und Raumfahrtanwendungen entwickelt.

Ballaststoff

Glas- und Naturfasern wie Stroh, Jute und Hanf haben seit der Antike eine Verstärkung für Matrixmaterialien geliefert. Die ersten Polymerverbundwerkstoffe, die in den 1940er Jahren entwickelt wurden, verwendeten Glas- und Kohlenstofffasern. Borpulver, Bornitrid und Polyaramidfasern wie Kevlar werden als Verstärkung für Hochleistungsmaterialien wie Flugzeugrümpfe verwendet. Bor und Polyaramide bilden langkettige Molekülstrukturen, die für die Faserfestigkeit sorgen.

Matrix

Duroplaste und Thermoplaste sind Matrixmaterialien. Duroplaste sind Kunststoffe, die beim chemischen Härten oder Vulkanisieren irreversibel abbinden. Beispiele sind Epoxidharz und vulkanisierter Kautschuk. Diese Materialien haben eine hohe Wärmebeständigkeit. Thermoplaste sind Materialien, die sich beim Erhitzen verflüssigen und beim Abkühlen wie Glas fest werden. Zelluloide, Acryle und Polyester sind Beispiele.

Stärke

Natürliche Materialien sind orthotrop, dh sie sind in einer Richtung stärker als in einer anderen. Polymerkomposite können so hergestellt werden, dass sie isotrop sind - in allen Richtungen gleich stark - oder orthotrop sind. Eine hohe Zugfestigkeit ist der Hauptvorteil eines Polymerverbundstoffs. Polyaramidfasern sind fünfmal stärker als Stahl auf Gewichtsbasis. Ihr Nachteil ist, dass sie eine geringe Druckfestigkeit aufweisen und leicht brechen können.

Gewicht und Belastbarkeit

Polymerkomposite sind leichte Materialien, die einen Vorteil für Flugzeugrümpfe und Fahrradkarosserien darstellen. Militär- und Lastkraftwagen verwenden Verbundwerkstoffe sowohl in Karosserien als auch in Motor- und Getriebesystemen. Massenverkehrssysteme in Zügen, U-Bahnen und Bussen verwenden Verbundwerkstoffe für Decken, Wände, Böden und Sitze. Polymerkomposite haben eine hohe Beständigkeit gegenüber chemischer Korrosion und Kratzern. Ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Seewasser und Rost ist ein Vorteil, wenn sie in Booten oder anderen Marinekraftfahrzeugen verwendet wird.

Materialeigenschaften

Die Materialeigenschaften von Polymerverbundwerkstoffen auf mikroskopischer und molekularer Ebene sind begrenzt. Das Harz muss die Faser vollständig innerhalb des Verbundstoffs umhüllen. Wenn nicht, wird die Festigkeit des Materials verringert. Die mikromechanischen Eigenschaften des Komposits an der Grenzfläche zwischen Harz und Faser sind ebenfalls nicht gut verstanden.

Kosten

Die Kosten für Polymerverbundstoffe können viele ihrer Vorteile aufwiegen. Fortschrittliche Materialien erfordern teure Konstruktions- und Verarbeitungsverfahren. Das Personal des Unternehmens benötigt zusätzliche Schulungen, um diese zu produzieren. Der Produktionsprozess kann zusätzliche Gesundheits- und Umweltschutzmaßnahmen erfordern. Die besonderen Eigenschaften des Materials müssen die Kosten ihrer Konstruktion und Produktion rechtfertigen.

Vorteile und Nachteile von Polymerverbundwerkstoffen

FAQ - 💬

❓ Welche Vorteile haben Verbundwerkstoffe?

👉 Verbundwerkstoffe bieten viele Vorteile, sowohl aufgrund der Anpassungsfähigkeit der chemischen Eigenschaften und Zusammensetzung von Faser und Harz im Verbundstoff als auch aufgrund der Gewichtseinsparung und der Langlebigkeit im Vergleich zu anderen Materialien wie Stahl und Aluminium.

❓ Welche 3 Hauptarten von Verbundwerkstoffen werden unterschieden?

👉 Es gibt also drei Arten von Verbundwerkstoffen:

  • Faserverstärkte Werkstoffe.
  • Materialien mit FĂĽllstoffen mit ästhetischer Funktion.
  • Materialien mit FĂĽllstoffen, die neue Eigenschaften bieten.
  • Materialien mit metallischen und keramischen FĂĽllstoffen zum Sintern.
  • Auswahl des DĂĽsendurchmessers.

❓ Welche Eigenschaften haben Verbundwerkstoffe?

👉 Welche Eigenschaften haben Verbundwerkstoffe? Verbundwerkstoffe bieten den Vorteil einer hohen Steifigkeit, Belastbarkeit, Flexibilität, Korrosionsbeständigkeit und Leichtigkeit.

❓ Wie viele Arten von Verbundwerkstoffen gibt es?

👉 Die Einteilung verschiedener Verbundwerkstoffe erfolgt in der Regel nach ihrem Aufbau. Dabei unterscheidet man zwischen drei Arten: • Schichtverbunde (z.B. Sperrholz), • Faserverbunde (z.B. Glasfaserverbundwerkstoff), • Teilchenverbunde (z.B. Beton).

❓ Welche Vorteile haben Verbundwerkstoffe gegenĂĽber Einzelwerkstoffen?

👉 GFK: Verbundwerkstoff mit vielen Talenten

  • Vorteil 1: Als Verbundwerkstoff punktet GFK mit geringem Gewicht. ...
  • Vorteil 2: Hohe Festigkeit. ...
  • Vorteil 3: Gute Beständigkeit. ...
  • Vorteil 4: GFK ist ein Verbundwerkstoff, der sich einfach verarbeiten lässt. ...
  • Vorteil 5: GFK können Sie vielseitig einsetzen.

❓ Was sind Verbundwerkstoffe Beispiele?

👉 Beispiele fĂĽr Verbundwerkstoffe:

  • Faserzement (Eternit)
  • Stahlbeton, Faserbeton.
  • Eigenverstärkte Thermoplaste.
  • Verbundplatten (z.B. Sperrholz)
  • Faser-Kunststoff-Verbunde.
  • Textilverbundstoffe.

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