Verbundwerkstoffe: Fasern, Laminate und Bimetalle erklärt

Verstärkte Systeme mit Fasern

Stahlbeton

Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff, der aus einer Kombination von Zement und Stahlstangen besteht.

Reifen

Stahldraht wird zur Verstärkung in der Kautschukverarbeitung von Altreifen verwendet, um deren Festigkeit und Dehnung zu verbessern.

Glasfaser (Fiberglass)

Glasfaser enthält Glasfasern innerhalb einer Polymermatrix, wie beispielsweise Polyester. Die Fasern sind in der Regel kurz, es werden jedoch auch Seile und Glasgewebe verwendet. Diese Fasern verbessern die Festigkeit und Steifigkeit des Polymers, wodurch die Eigenschaften mit denen hochwertiger Metalle und Legierungen vergleichbar werden.

Laminierte Verbundwerkstoffe

Zu dieser Gruppe gehören sehr dünne Schichten, schützende Oberflächen auf dickeren Schichten, Bimetallelemente, Laminate und viele weitere Strukturen. Viele Schichtverbunde sind darauf ausgelegt, die Festigkeit zu erhöhen oder das Gewicht zu reduzieren. Weitere wichtige Anwendungen umfassen eine verbesserte Verschleißfestigkeit. Zur Herstellung dieser Verbindungen werden verschiedene Fertigungsverfahren wie Walzen, Strangpressen, Druck- und Schweißarbeiten eingesetzt.

Laminate

Laminate bestehen aus Materialschichten, die mit einem organischen Klebstoff verbunden sind. Ein bekanntes Beispiel ist Sperrholz, das aus einer ungeraden Anzahl von Furnierschichten besteht, deren Maserung abwechselnd verläuft und die mit einem Klebstoff wie Phenolharz verbunden sind. Sicherheitsglas ist ein Schichtverbund, bei dem eine Kunststoffschicht zwischen zwei Glasscheiben liegt, um zu verhindern, dass bei Glasbruch Scherben entstehen.

Bimetall

Bimetalle werden in Indikatoren und Temperaturreglern eingesetzt, da sie zwei Metalle mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in einem Verbund kombinieren. Wenn die Metallstücke erhitzt werden, dehnt sich das Metall mit dem größeren Ausdehnungskoeffizienten stärker aus. Da die beiden Metallstreifen starr miteinander verbunden sind, führt der Unterschied in den Koeffizienten zu einer Krümmung des Bimetallelements. Durch Messung dieser Krümmung kann die Temperatur bestimmt werden. Ist ein Ende des Bimetalls fixiert, bewegt sich das freie Ende und kann einen Schalter aktivieren oder deaktivieren, um beispielsweise einen Ofen oder eine Klimaanlage zu regulieren. Die verwendeten Metalle müssen sehr unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten, ein reversibles und wiederholbares Ausdehnungsverhalten sowie einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen.

Sandwich-Strukturen

Diese Strukturen bestehen aus dünnen Schichten eines Materials, die mit einem leichten Füllmaterial, wie beispielsweise Schaumstoff, verbunden sind. Weder das Füllmaterial noch die Deckschichten sind für sich genommen besonders stark oder starr, doch die Kombination verleiht dem Verbund beide Eigenschaften.