Material

Ein kleiner Überblick über das von mir verwendete Material :

Balsaholz

Balsaholz ist eine sehr leichte und einfach zu bearbeitende Holzart. Die Dichte von Balsaholz liegt zwischen 40–340 kg/m³.[2] Häufig sind Dichten zwischen etwa 100 kg/m³ (0,1 g/cm³) und 200 kg/m³ (0,2 g/cm³). Dies ist etwa ein Drittel der Dichte von gewöhnlichem Holz. Die Dichte von leichtem Balsaholz kommt der von Polystyrol-Hartschaum nahe. Dichteres Balsaholz hat eine höhere Festigkeit und eine höhere Härte.

Im Ursprungsland wird es zum Floßbau verwendet. Weltweit wird es als Ersatz für Kork verwendet, vor allem ist es aber ein beliebter Rohstoff bei den Modellbauern (besonders bei Flugmodellen und Schiffsmodellen). Auch Tischtennishölzer werden zum Teil aus Balsa gefertigt. Daneben hat Balsaholz eine große Bedeutung als Kernwerkstoff von Faserverbundwerkstoffen in Sandwichbauweise, beispielsweise im Boots-, Segel- und Modellflugzeugbau, aber auch für einige Typen von Rotorblättern für Windenergieanlagen. Bevor Surfbretter aus Kunstharz hergestellt wurden, bestanden die Surfbretter der Hawaiianer aus Balsaholz. Auch heute noch schätzen einige Surfer Balsa-Boards.

Die Instrumentenkapseln der amerikanischen Raumsonden Ranger 3 bis 5 sollten 1962 den harten Aufprall auf der Mondoberfläche geschützt von einem kugelförmigen Gehäuse aus Balsaholz überstehen.

GFK

Glasfaserverstärkter Kunststoff, kurz GFK (engl. GRP – glass-fibre reinforced plastic), ist ein Faser-Kunststoff-Verbund aus einem Kunststoff und Glasfasern. Als Basis kommen duroplastische (z. B. Polyesterharz (UP) oder Epoxidharz) als auch thermoplastische (z. B. Polyamid) Kunststoffe in Frage.

Endlos-Glasfasern wurden erstmals 1935 industriell in den USA als Verstärkungsfasern hergestellt. Das erste Flugzeug aus GFK war der Fs 24 Phönix der Akaflieg Stuttgart aus dem Jahr 1957.

GFK ist umgangssprachlich auch als Fiberglas bekannt. Das Wort Fiberglas ist ein Anglizismus, der sich aus fiberglass (AE) bzw. fibreglass (BE), dem englischen Wort für Glasfaser, gebildet hat.

Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind ein kostengünstiger und dennoch sehr hochwertiger Faser-Kunststoff-Verbund. In mechanisch hoch beanspruchten Anwendungen findet sich glasfaserverstärkter Kunststoff ausschließlich als Endlosfaser in Geweben oder in UD-Bändern.

Verglichen mit Faser-Kunststoff-Verbunden aus anderen Verstärkungsfasern hat der glasfaserverstärkte Kunststoff einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul. Selbst in Faserrichtung liegt er unter dem von Aluminium. Bei hohen Steifigkeitsanforderungen ist er daher nicht geeignet. Ein Vorteil der Glasfaser im Verbund mit einer passenden Kunststoffmatrix liegt in der hohen Bruchdehnung und der elastischen Energieaufnahme. Deshalb ist er besonders für Blattfedern und ähnliche Bauteile geeignet.

Glasfaserverstärkter Kunststoff hat auch in aggressiver Umgebung ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten. Dies macht ihn zu einem geeigneten Werkstoff für Behälter im Anlagenbau oder auch für Bootsrümpfe. Die über der von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff liegende Dichte wird bei diesen Anwendungen in Kauf genommen.

Mit einer geeigneten Matrix hat glasfaserverstärkter Kunststoff eine gute elektrische Isolationswirkung, was ihn zu einem gut brauchbaren Werkstoff der Elektrotechnik macht. Besonders Isolatoren, die hohe mechanische Lasten übertragen müssen, werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Schaltschränke für den Außenbereich werden wegen der Beständigkeit und Stabilität des Materials häufig aus GFK gefertigt.

Motorhaube aus GFK

CFK

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, auch CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff, englisch carbon-fiber-reinforced plastic, CFRP) oder umgangssprachlich nur Carbon (engl. für Kohlenstoff) genannt, bezeichnet einen Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem Kohlenstofffasern, meist in mehreren Lagen, als Verstärkung in eine Kunststoff-Matrix eingebettet werden.

Die Matrix besteht meist aus Duromeren, zum Beispiel Epoxidharz, oder aus Thermoplasten. Für thermisch hochbelastete Bauteile (z. B. Bremsscheiben) kann die Kohlenstofffaser auch in einer Matrix aus Keramik (siehe keramische Faserverbundwerkstoffe) gebunden werden. In extrem hochbelasteten Sonderfällen wird zum Teil auch auf meist kurzfaserverstärkte Metalle, sogenannte Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (engl. metal matrix composites, MMC), zurückgegriffen.

Bei der Fertigung von CFK ist ein hoher Faservolumenanteil erwünscht, wobei Verunreinigungen, z. B. durch Luftbläschen, minimiert werden sollen. Der Elastizitätsmodul (E-Modul) der Faser muss höher sein als der des Matrixwerkstoffes. Die Matrix muss auf der Faser haften, ansonsten versagen die Bauteile durch Faser-pull-out.

Die Festigkeit und Steifigkeit eines aus CFK hergestellten Materials ist, wie bei allen Faser-Matrix-Verbunden, in Faserrichtung wesentlich höher als quer zur Faserrichtung. Quer zur Faser ist die Festigkeit geringer als bei einer unverstärkten Matrix. Deshalb werden einzelne Faserlagen in verschiedenen Richtungen verlegt. Bei Hochleistungskonstruktionsbauteilen werden die Faserrichtungen vom Konstrukteur anhand einer Computerberechnung (z. B. mithilfe der klassischen Laminattheorie) festgelegt, um die geplante Festigkeit und Steifigkeit zu erreichen.

CFK wird verwendet, wenn hohe gewichtsspezifische Festigkeiten und Steifigkeit gefordert sind, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, im Fahrzeugbau oder für Sportgeräte wie Fahrradrahmen, Speedskates, Tennisschläger, Sportpfeile und Angelruten. Im Bauwesen wird CFK in Form von Lamellen oberflächlich oder in Schlitze auf die Bauteiloberfläche geklebt, um Bauwerke zu verstärken !