Warum Verbundstoffe?
Vorteile
Verbundstoffe werden in folgenden Situationen verwendet:
Hohe Anforderungen an die Steifigkeit und die Relation zwischen Festigkeit und Gewicht.
Hohe Anforderungen an das Ermüdungsverhalten, den Korrosionsschutz, die Bruchfestigkeit, den Aufprallschutz sowie den Schutz gegen Kriecheffekte.
Rauhe Umgebungssbedingungen (wegen des niedrigen thermischen und hygrischen Ausdehnungskoeffizienten).
Ihre hohe Steifigkeit und eine hohe Festigkeit in Relation zum Gewicht machen Verbundstoffe zu einer bevorzugten Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen. So werden Verbundstoffe beispielsweise im Flugzeugbau zur Reduktion des Gesamtgewichts eingesetzt. Die investiven Materialkosten sind zwar hoch. Dem gegenüber steht jedoch eine wesentliche Senkung der Spritkosten während des Betriebs.
Der niedrige thermische Ausdehnungskoeffizient macht Verbundstoffe für die Verwendung in Satelliten interessant, wo extreme Temperaturschwankungen auftreten.
Anwendungsbereiche
Verbundstoffe kommen in vielen Anwendungen zum Einsatz, so beispielsweise im Flugzeugbau, bei der Fertigung von Fahrzeugteilen, in biomedizinischen Implantaten und Freizeitprodukten. Im Folgenden sind einige Beispiele aufgelistet:
Flugzeugkomponenten - u.a. Triebwerkverkleidung, äußere Tragflächen, Außenhaut der Bauchverkleidung, Bugfahrwerk-Türen und Heckkegel.
Space-Shuttle-Komponenten - Hülsen, Lüftungstrassen und Rumpfteile
Helikopter - Rotorblätter (Grafit-Kunstharz-Verbundstoffe).
Automobilee - Karosserien aus Kohlenstoff- oder Glasfaser-Verbundstoffen.
Boote - Rumpf (aus Holz oder Kevlar).
Biomedizin - Implantatmaterialien.
Freizeitprodukte - Fahrradrahmen, Tennisschläger, Skier und Golfschläger-Schäfte.
Einschränkungen
Schäden (innerhalb von und zwischen Lagen) lassen sich schwer erkennen. Dies erfordert teure zerstörungsfreie Prüftechniken oder Zustandsüberwachungssysteme.
Materialkonstanten sind in der Regel orthotrop und lassen sich daher schwer bestimmen.
Im Vergleich zu Metallen geringe Bruchzähigkeit bei gleicher Materialfestigkeit..
Siehe auch
Verbundstoff-Schalen
Stapelreihenfolge von Lagen
Lagenwinkel
Anpassen der Optionen für die Verbundstoffausrichtung
Versagenskriterien für Verbundstoffe