Zur Herstellung von Verbundwerkstoffen werden zwei Arten von Harzen verwendet: Duroplaste und Thermoplaste. Duroplaste sind mit Abstand die gebräuchlichsten Harze, aber Thermoplaste gewinnen aufgrund der zunehmenden Verwendung von Verbundwerkstoffen wieder an Bedeutung.
Duroplastische Kunststoffe härten durch einen Aushärtungsprozess aus, bei dem durch Hitzeeinwirkung hochvernetzte Polymere mit unlöslichen oder unschmelzbaren, starren Bindungen entstehen, die sich beim Erhitzen nicht auflösen. Thermoplastische Kunststoffe hingegen bestehen aus Monomerketten, die sich beim Erhitzen erweichen und beim Abkühlen wieder verfestigen – ein reversibler Prozess, der keine chemische Bindung erfordert. Kurz gesagt: Thermoplastische Kunststoffe lassen sich wieder einschmelzen und umformen, Duroplaste hingegen nicht.
Das Interesse an thermoplastischen Verbundwerkstoffen wächst, insbesondere in der Automobilindustrie.
Vorteile von Duroplasten
Duroplastische Harze wie Epoxid- oder Polyesterharze werden aufgrund ihrer niedrigen Viskosität und ihrer ausgezeichneten Penetrationsfähigkeit in das Fasernetzwerk bevorzugt in der Verbundwerkstoffherstellung eingesetzt. Dadurch können mehr Fasern verwendet und die Festigkeit des fertigen Verbundwerkstoffs erhöht werden.
Die neueste Generation von Flugzeugen enthält typischerweise mehr als 50 Prozent Verbundwerkstoffkomponenten.
Beim Pultrusionsverfahren werden Fasern in ein duroplastisches Harz getaucht und in eine beheizte Form gegeben. Dadurch wird eine Aushärtungsreaktion ausgelöst, die das niedermolekulare Harz in eine feste, dreidimensionale Netzwerkstruktur umwandelt, in die die Fasern eingebettet sind. Da die meisten Aushärtungsreaktionen exotherm verlaufen, setzen sie sich kettenförmig fort und ermöglichen so die Produktion in großem Maßstab. Nach dem Aushärten des Harzes fixiert die dreidimensionale Struktur die Fasern und verleiht dem Verbundwerkstoff Festigkeit und Steifigkeit.
Veröffentlichungsdatum: 19. Oktober 2022
