Verbundwerkstoffe Die Entwicklung der FVK in den letzten 20 Jahren

Die FVK-Branche nutzt stets Möglichkeiten, Innovationen für neue Märkte zu entwickeln und die Potenziale der spezifischen Werkstoffvorteile zu nutzen.

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SCHMIDT-KUPPLUNG GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

AVK Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe e.V.

Faserverbundkunststoffe (FVK) setzen sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Die Hauptkomponenten sind die Fasern und die Matrix (Harze), in die diese eingebettet werden. Die Kombination aus beidem führt zur Schaffung eines Werkstoffes mit außergewöhnlichen Möglichkeiten etwa in Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Festigkeit oder Steifigkeit, sowie anderen Kennzeichen, wie z.B. Leichtigkeit, Witterungs- & Korrosionsbeständigkeit und eine besondere Designfreiheit im Produktionsprozess. Zu den genannten Fasern und der Matrix hinzu kommen in speziellen Anwendungen Füllstoffe und Additive verschiedenster Art, die die Werkstoff- oder die späteren Produkteigenschaften weiter verbessern können.

Faserart und Harztyp bestimmen Werkstoffeigenschaften

Je nachdem, welche Verstärkungsfasern oder welches Harz zum Einsatz kommt und zu wie viel Prozent entsprechende Fasern oder Füllstoffe verwendet werden, entsteht so ein Werkstoff, der sich sehr gut auf individuelle Anforderungen anpassen lässt. Deshalb sind FVK zu einem sehr erfolgreichen Werkstoff geworden, der sich in den letzten Jahren verstärkt am Markt durchgesetzt hat und Einsatz in den verschiedensten Gebieten gefunden hat.

Die typischsten und gängigsten Verstärkungsfasern bei den FVK sind Glasfasern (Kurz- & Langfasern, Rovings, Gelege,…), die auch heute noch - gemessen an der Verarbeitungsmenge - einen Anteil von nahezu 90% ausmachen. Daneben existieren aber auch Kohlenstofffasern, verschiedene Naturfasern, Aramidfasern, uvm. Der Anteil an Kohlenstoff- und Naturfasern resultiert vor allem aus speziellen Anwendungen wie z.B. dem Rennsport, der Luftfahrt oder Anwendungen im Automobilinnenraum. Es ist zu erwarten, dass die Verarbeitungsmenge in den nächsten Jahren auch in anderen Bereichen zunehmen wird. Generell lassen sich eine Vielzahl von Harzen unterscheiden, die sich generell in Duroplaste und Themoplaste unterscheiden lassen. Jede Anwendung stellt spezielle Anforderungen, die von den Harzherstellern entsprechend bedient werden können.

Individuelle Anpassung des Werkstoffes auf den Einsatz

Die bereits angesprochenen positiven Eigenschaften und die Möglichkeiten der individuellen Anpassung eines Werkstoffes haben dazu geführt, dass FVK in den letzten Jahren, oftmals für Nicht-Fachleute unentdeckt, Einzug in viele Märkte gefunden haben. Dies sind, z. B. der Automobil-, der Bau-, der Elektronik- oder der Sport- & Freizeitsektor.

Generell ist die FVK-Branche durch viele kleine und mittlere Verarbeiter geprägt. Diese entziehen sich einer statistischen Erhebung weitestgehend. Dennoch gibt es gewisse Analysemöglichkeiten. Einen Anhaltspunkt über die generelle Entwicklung können beispielsweise die Verarbeitungsverfahren für glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) liefern. Die GFK-Anwendungen in Deutschland und in Europa haben sich in den letzten Jahren deutlich gewandelt. Wurden im Jahre 1990 beispielsweise beinahe 60% der GFK (Langfasern) im Fahrzeugbau oder in der Elektroindustrie verarbeitet, lag dieser Anteil im Jahr 2009 „nur“ noch bei 44%. Den größten Teil der Anwendungen machen mittlerweile Anwendungen im Baubereich aus, der etwa einen Anteil von 36% abdeckt.

Produktionsmethoden haben sich gewandelt

Die Produktionsmethoden haben sich im Laufe der letzten 20 Jahre deutlich gewandelt. Im betrachteten Zeitraum änderte sich beispielsweise der Anteil der Herstellungsverfahren mit Hilfe von SMC/BMC-Massen, die in Pressen verarbeitet werden, von über 50% 1990 auf etwa 30% im Jahr 2001, um schließlich im Jahr 2009 noch einen Anteil von etwa 26% zu haben. Im selben Zeitraum haben sich die Anteile anderer Verfahren, etwa der sogenannten „offenen Verfahren“ Handlaminieren und Faserspritzen ebenfalls deutlich geändert. Trotz des handwerklichen Charakters haben sich diese ältesten aller Verfahren behauptet und weisen auch heute noch einen Anteil von ca. 25% auf. Neuere Verfahren, wie beispielsweise das RTM-Verfahren (Resin Transfer-Moulding) haben die Herstellungsverfahren ergänzt und bereichert. Spielte das Herstellungsverfahren lange Zeit keine bzw. nur eine untergeordnete Rolle wurde es schließlich erstmals Mitte der 90er Jahre im jährlichen AVK-Branchen-Marktbericht, damals noch gemeinsam mit dem Pressverfahren, aufgeführt. Im Jahr 2003 schließlich lag der Produktionsanteil bei etwa 9% und schließlich im letzten Jahr bei etwa 12%. Diese Zahlen belegen, dass sich die Branche, unabhängig von absoluten Produktionszahlen, deutlich gewandelt hat und dies auch weiter tut.

Neue Märkte werden erobert

Neben „klassischen“ Anwendungen beispielsweise im Automobil- oder Schiffsbau, im Rennsport, der Luftfahrt oder im Freizeitbereich werden existierende Anwendungen stetig weiterentwickelt, neue Märkte erschlossen, oder Produkte entwickelt. Eines der populärsten Beispiele in diesem Bereich sind zweifelsfrei Windkrafträder. Bis vor 2o Jahren der breiten Bevölkerung weitgehend unbekannt, sind sie heute das Synonym für erneuerbare Energien. Nicht nur die absolute Zahl von Windkrafträdern, sondern auch deren Größe nimmt beständig zu. Eine Entwicklung, die ohne FVK nicht möglich wäre, denn nicht nur die Gondel besteht überwiegend aus verstärkten Kunststoffen, sondern auch und vor allem die Flügel, die mittlerweile Längen von 60 Metern und mehr erreichen. Die speziellen Eigenschaften von FVK werden vor allem im Offshore-Bereich deutlich, den auf „hoher See“ stellen Werkstoffe, die nicht rosten einen deutlichen Mehrwert speziell im Hinblick auf anfallende Wartungsarbeiten dar.

Dies ist nur ein Anwendungsbeispiel einer Innovation im Verlaufe der letzten 20 Jahre. Hinzu kommen beispielsweise Anwendungen im Infrastruktur- oder Bau-Bereich, in dem künftig komplette Brücken aus FVK gebaut werden und innerhalb von einem Tag installiert werden können oder so genannte Schlauchliner, die bei der Reparatur schadhafter Abwasserrohre das Öffnen von Straße weitgehend unnötig machen. Daneben existieren mittlerweile Wände und Tore, die Tageslicht in Hallen und Gebäude lassen.

Was bleibt festzuhalten aus 20 Jahren Faserverbundkunststoffen?

FVK sind nicht generell besser als andere Werkstoffe, aber sie weisen Eigenschaften auf, die bei vielen Anwendungen eine echte Alternative gegenüber „etablierten“ Werkstoffen darstellen. FVK haben ein hohes Potenzial, und eröffnen vielfältigste Möglichkeiten. Man muss sie nur nutzen!!

Wir wünschen der „konstruktionspraxis“ auch für die nächsten 20 Jahre viel Erfolg!

*Volker Mathes, Business Development, AVK - Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V.

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