Werkstoffverbund Direktintegration von Kautschuk in Faserverbundkunststoffe

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Um die Einsatzgrenzen faserverstärkter Kunststoffe zu erweitern, bietet Kraiburg für diese Materialien den direkten Verbund mit Gummi an. Dadurch lassen sich Schwingungen besser dämpfen, Splitter nach Bruch vermeiden und höhere Aufprallenergien absorbieren.

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Elastizität von Bauteilen verbessert: Um Relativbewegungen zu kompensieren, wurde das Mittelstück einer Luftführung im Motorraum aus Gummi gefertigt. Bild: TR Composites
Elastizität von Bauteilen verbessert: Um Relativbewegungen zu kompensieren, wurde das Mittelstück einer Luftführung im Motorraum aus Gummi gefertigt. Bild: TR Composites
( Archiv: Vogel Business Media )

Carbon oder genauer Kohlenstofffaser-verstärkter-Kunststoff (CFK) ist ein Werkstoff, der im Trend liegt. Im Zuge der CO2-Debatte wirft CFK sein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht in die Waagschale und findet so immer mehr seinen Weg in den Massenmarkt. Im Motorsport und der Luftfahrt nicht mehr wegzudenken, ist das Material immer öfter eine Option für größere Serien, wie z.B. im Fahrrad- oder im Automobilbereich. Neben den Kosten sind aber auch verschiedene Hürden zu nehmen, die in der Natur des Materials selbst liegen. Bei Faserverbundkunststoffen (FVK) werden die Kräfte von den Fasern aufgenommen, die wiederum durch die Kunststoffmatrix fixiert und geschützt werden. Das funktioniert, insbesondere bei den sehr zugfesten Carbonfasern, in Faserrichtung sehr gut, quer dazu versagen die Fasern jedoch relativ schnell. Die Folge davon ist eine Bauteilauslegung mit großen Sicherheitsreserven, was sich im Gegenzug negativ auf Preis und Gewicht niederschlägt.

Kraiburg hat hierfür Materialien entwickelt, welche sehr einfach in bestehende Herstellungsprozesse zu integrieren sind und solche Nachteile vermindern können. Es handelt sich dabei um rohe Kautschukfolien (die selbst keine Fasern enthalten), welche sich wie Prepreg (mit Harz vorimprägniertes Gewebe) verarbeiten lassen und im gemeinsamen Härteprozess eine hervorragende Verbindung zu den FVK eingehen.

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Sandwichschichten aus CFK und Gummi absorbieren mehr Energie

Ein wichtiges Einsatzgebiet hierfür ist der Einschlagschutz (Impact) für Bauteile. Durch die Integration von Gummi können deutlich höhere Impactenergien schadlos überstanden werden. Erste Versuche zeigten einen Anstieg um den Faktor 5, ehe Beschädigungen sichtbar wurden. Die besten Ergebnisse lieferte dabei die alternierende Kombination von harten (CFK) und weichen (Gummi) Schichten. Dabei wird von einer dünnen CFK-Deckschicht, die noch mäßig flexibel ist, die Energie auf eine Elastomerschicht übertragen. Diese weiche Schicht verteilt und dämpft die Energie soweit, dass die darunter liegende Struktur erst bei deutlich höheren Energien geschädigt wird. Das erfordert im ersten Schritt zwar zusätzliche Schichten, aber aufgrund der geringen Dichte (Gummi ca. 1,0; CFK ca. 1,5) und der weniger notwendigen Sicherheitsreserven, ist dieser Aufbau eine interessante Alternative zum monolithischen Aufbau, bei dem sowohl Optik als auch Lackierbarkeit erhalten bleiben.

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