Werkstoffe

Dabei bleiben Kunststoffe in vielen Bereichen der Werkstoff der Wahl. Doch es tut sich Einiges, beispielsweise im Bereich der Composites. Aber auch Metalle reizen ihr Innovationspotenzial weiter aus.

Sie stehen unter einem ständigen Innovationsdruck und haben deshalb einen enormen Hunger auf neuartige Materialkonzepte. Die Rede ist von Industrieproduktionen. Geringe Eigengewichte sowie hohe Stabilitäten oder auch hohe Wärmedämmungen setzen die Standards. Deswegen sind Techniker in der Entwicklung mit ganz unterschiedlichen Materialien konfrontiert.

Im Automobilbau dominiert eine Mischbauweise aus Aluminium, Stahl und Kunststoffen die Materialzusammensetzungen. Bild: Dr. Thomas Isenburg
Im Automobilbau dominiert eine Mischbauweise aus Aluminium, Stahl und Kunststoffen die Materialzusammensetzungen. Bild: Dr. Thomas Isenburg

Dabei unterliegt die Wahl bestimmter Materialien immer wieder Trends. Die Frage nach den aktuellen Trends bei den Werkstoffen beantwortet Professor Heinz Voggenreiter, Leiter am Institut für Werkstoff-Forschung des Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt mit: „Wenn ich den Blick auf ein Auto werfe, dann habe ich einen massiven Wettbewerb zwischen den Materialien Aluminium, Stahl und Kunststoff.“

Der Wettbewerb drehe sich dabei um das Thema Leichtbau und dem Ziel, Gewicht und Kosten einzusparen, um in der Serienproduktion den größten Profit zu generieren, so der Werkstoffwissenschaftler weiter.

Materialvielfalt in der Kunststoffindustrie

Veloziped des 21. Jahrhunderts
Das Veloziped des 21. Jahrhunderts mit Elektroantrieb besteht fast vollständig aus modernen Kunststoffen von BASF. Bild: Dr. Thomas Isenburg

In der deutschen Volkswirtschaft ist die Kunststoffindustrie ein boomender Industriezweig. Etwa 3300 Unternehmen tummeln sich im Markt mit 370 000 Beschäftigten. Sie erwirtschaften einen Umsatz von etwa 92 Milliarden Euro pro Jahr. 2014 produzierte der Industriezweig in Deutschland etwa 19,4 Millionen Tonnen Kunststoffe.

Das ist ein leichter Rückgang gegenüber dem Vorjahr, so der Branchenverband Plastics Europe. Zu den am häufigsten verwendeten Polymeren (Kunststoffen) gehören: Polyethylene (PE), Polyurethane (PUR), Nylon, Polyvinyl-
chlorid(PVC), Polycarbonat, Polyamide (PA) Polystyrol und die Silikone.

Häufig werden Kunststoffe durch Glas-, Carbon- und Naturfasern verstärkt. Sie werden faserverstärkte Kunststoffe oder Composites genannt. Diese Werkstoffe besitzen andere mechanische Eigenschaften als Metalle, Keramiken und Gläser – sie sind weniger steif und fest. Wird jedoch die geringere Dichte berücksichtigt, erreichen die E-Module und Zugfestigkeiten Werte, die Metallen und Keramiken vergleichbar sind.

Composites sind bereits heute auf vielen unterschiedlichen Gebieten gefragt: Eingebaut in Leichtbauteilen senken sie zum Beispiel in der Automobil- und Luftfahrtindustrie den Treibstoffverbrauch. Pro 100 Kilogramm Gewichteinsparung im Automobil rechnen Experten mit 0,3 bis 0,5 Litern Kraftstoffeinsparung auf 100 Kilometern. In Windrädern sorgen Composites für enorme Stabilität und ermöglichen so größere und damit noch effizientere Anlagen.