Geschichte der Verbundwerkstoffe

Wenn zwei oder mehr verschiedene Materialien kombiniert werden, entsteht ein Verbundwerkstoff. Die ersten Verwendungen von Verbundwerkstoffen stammen aus dem Jahr 1500 v. Als frühe Ägypter und mesopotamische Siedler eine Mischung aus Schlamm und Stroh verwendeten, um starke und dauerhafte Gebäude zu schaffen. Stroh verstärkte weiterhin alte Verbundprodukte wie Töpferwaren und Boote.

Später, 1200 n. Chr., Erfanden die Mongolen den ersten Verbundbogen. Mit einer Kombination aus Holz, Knochen und „Tierkleber“ wurden Bögen gepresst und mit Birkenrinde umwickelt. Diese Bögen waren kraftvoll und genau. Zusammengesetzte mongolische Bögen halfen, die militärische Dominanz von Dschingis Khan sicherzustellen. 

Geburt der „Ära der Kunststoffe“

Die moderne Ära der Verbundwerkstoffe begann mit der Entwicklung von Kunststoffen. Bis dahin waren natürliche Harze aus Pflanzen und Tieren die einzige Quelle für Klebstoffe und Bindemittel. In den frühen 1900er Jahren wurden Kunststoffe wie Vinyl, Polystyrol, Phenol und Polyester entwickelt. Diese neuen synthetischen Materialien übertrafen einzelne Harze aus der Natur.

Kunststoffe allein könnten jedoch für einige strukturelle Anwendungen keine ausreichende Festigkeit liefern. Eine Verstärkung war erforderlich, um zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit bereitzustellen.

1935 führte Owens Corning die erste Glasfaser ein, Fiberglas. Wenn Glasfaser mit einem Kunststoffpolymer kombiniert wird, entsteht eine unglaublich starke Struktur, die auch leicht ist. Dies ist der Beginn der Branche der faserverstärkten Polymere (FVP).

Zweiter Weltkrieg - Innovationen für frühe Verbundwerkstoffe vorantreiben

Viele der größten Fortschritte bei Verbundwerkstoffen waren das Ergebnis von Kriegsbedürfnissen. Gerade als die Mongolen den Verbundbogen entwickelten, brachte der Zweite Weltkrieg die GFK-Industrie vom Labor in die eigentliche Produktion.

Alternative Materialien wurden für leichte Anwendungen in Militärflugzeugen benötigt. Die Ingenieure erkannten bald, dass Verbundwerkstoffe nicht nur leicht und stark sind, sondern auch andere Vorteile bieten. Es wurde zum Beispiel entdeckt, dass Glasfaserverbundwerkstoffe für Radiofrequenzen durchlässig waren, und das Material wurde bald für die Verwendung als Schutz für elektronische Radargeräte (Radomes) angepasst..

Composites anpassen: „Space Age“ zu „Everyday“

Am Ende des Zweiten Weltkriegs war eine kleine Nischenindustrie für Verbundwerkstoffe in vollem Gange. Aufgrund der geringeren Nachfrage nach Militärprodukten versuchten die wenigen Composites-Innovatoren nun ehrgeizig, Composites auf anderen Märkten einzuführen. Boote waren ein offensichtliches Produkt, das profitierte. Der erste kommerzielle Schiffsrumpf aus Verbundwerkstoff wurde 1946 eingeführt.

Zu dieser Zeit wurde Brandt Goldsworthy oft als "Großvater der Verbundwerkstoffe" bezeichnet und entwickelte viele neue Herstellungsverfahren und Produkte, darunter das erste Surfbrett aus Glasfaser, das den Sport revolutionierte.

Goldsworthy erfand auch ein Herstellungsverfahren, das als Pultrusion bekannt ist, ein Verfahren, das verlässlich starke glasfaserverstärkte Produkte ermöglicht. Zu den heute nach diesem Verfahren hergestellten Produkten zählen Leiterschienen, Werkzeuggriffe, Rohre, Pfeilschäfte, Panzerungen, Zugböden und medizinische Geräte.

Weitere Fortschritte bei Verbundwerkstoffen

In den 1970er Jahren begann die Composites-Industrie zu reifen. Es wurden bessere Kunststoffharze und verbesserte Verstärkungsfasern entwickelt. DuPont entwickelte eine Aramidfaser namens Kevlar, die aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit, hohen Dichte und ihres geringen Gewichts zum bevorzugten Produkt für Körperschutz geworden ist. Um diese Zeit wurde auch Kohlefaser entwickelt; es hat zunehmend teile ersetzt, die früher aus stahl bestanden.

Die Verbundwerkstoffindustrie entwickelt sich immer noch weiter, wobei sich ein Großteil des Wachstums jetzt auf erneuerbare Energien konzentriert. Insbesondere Windturbinenschaufeln setzen ständig neue Maßstäbe und erfordern fortschrittliche Verbundwerkstoffe. 

Ich freue mich auf

Die Forschung an Verbundwerkstoffen wird fortgesetzt. Von besonderem Interesse sind Nanomaterialien - Materialien mit extrem kleinen Molekülstrukturen - und biobasierte Polymere.