Laminate

Laminate – eine Art der Verbundstoffe: Kunststoffe, die aus Verbindung von zwei Stoffen mit verschiedenen mechanischen, physischen und technologischen Eigenschaften entstehen und in welchen der Verstärkungsbestandteil (sog. Bewehrung) in Form von Schichten (lat. Lamina – dünnes Plättchen – daher die Bezeichnung Laminate) verlegt wird. Zwischen diesen Schichten befindet sich eine Auffüllung, die die Rolle des Bindemittels spielt. Die Verstärkungsschichten können eine Form von fortlaufenden, in einer Richtung verlegten Fasern (sog. Roving), von Geweben bzw. Matten aus geschnittenen Fasern nehmen. Das Laminat hat wegen seiner Struktur eine hohe Festigkeit in der Richtung der Fasern, aber eine niedrige Festigkeit in der senkrechten Richtung zu den Schichten.

Ein typisches natürliches Laminat ist Holz, in welchem die widerstandsfähigen und elastischen, obwohl schlaffen Cellulosefasern in einen steifen und widerstandsfähigen Werkstoff durch sog. Lignin, die viel weniger widerstandsfähig als Cellulose ist, verbunden werden. Mit Sicherheit kann man in der nächsten Zeit die weitere Entwicklung der Verbundstofftechnologie erwarten, insbesondere aufgrund der erwarteten Bearbeitung der Technologie der billigen Produktion von Kohlenstoff-Nanorohren (mit potentiell erstaunlich guten Eigenschaften als Konstruktionsfasern), die mehrmals widerstandsfähiger als Kevlar aus Kunststoffen sind.

Konstruktionseigenschaften der Laminate

Ein besonderes Merkmal der Laminate ist die mechanische Anisotropie; die Festigkeit und Steifheit des Laminats ist direkt von der Formung und Richtung des Verlaufs der Konstruktionsfaser abhängig. Die Konstruktionen aus Laminaten, die diese Eigenschaft berücksichtigen, sind generell viel leichter und widerstandsfähiger als die meisten Konstruktionen aus homogenen Stoffen.

Bei der Analyse der Arbeit von einem solchen nicht homogenen Kunststoff wie Stahlbeton kann ausreichend genaue Voraussetzung angenommen werden, dass die Stahlbewehrung ausschliesslich die Ausdehnungskräfte und Beton – ausschliesslich Kontraktionskräfte überträgt und gemäß dieser Voraussetzung kann aufgrund der erwarteten Belastungen optimal ein Stahlbetonelement entworfen werden. Im Falle der meisten Verbundstoffe ist solche vereinfachte Analyse nicht möglich. Es wird angenommen, dass die Konstruktionsfasern die entschiedene Mehrheit sowohl Ausdehnungs- als auch Kontraktionsspannungen übertragen und das Bindemittel fast ausschliesslich die Schneidekräfte überträgt und die Zusammenarbeit der Fasern als „Klebestoff” oder „Bindeglied”, dessen tatsächliche Festigkeit sehr schwer zu bestimmen ist, sichert. Gemäß den vorstehenden Voraussetzungen ist – sehr wichtig in der Praxis – das Ereignis des bedeutenden (nicht linearen) Rückgangs der Festigkeit des Laminats sowohl bei Überfluss als auch bei Knappheit des Bindemittels.

Die Schwierigkeiten bei der Analyse der tatsächlichen Bedingungen der Zusammenarbeit der Konstruktionsfasern verursachen, dass bei der Projektierung der Verbundstoffe bis heute eher empirische als exakte Methoden angewendet werden und die theoretischen Erwartungen betreffend die Festigkeit der Verbundstoffe erweisen sich sehr oft als fehlerhaft.

Polyester-Glas-Laminate (PS) 
Sie entstehen unter Verwendung von  żywic poliestrowych die mit einer  matą bzw. einem  tkaniną  aus Glasfasern bewehrt werden. Die Beliebtheit der Polyester-Glas-Laminate (PS) hat zur schnellen Bearbeitung der grundlegenden Prinzipien der Nutzung seiner Eigenschaften (hauptsächlich als „selbsttragende” Schalen mit einer wechselhaften Dicke, die von der Konzentration der Belastungen abhängig ist, auf einem verkümmerten, versteifenden Skelett), aber auch zur intensiven Suche nach Stoffen mit noch besseren Eigenschaften, die die Nachteile von PS nicht aufweisen (hauptsächlich die kleine Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Ermüdung und Witterungseinflüsse, aber auch die Neigung zur Delamination), geführt.

Epoxidlaminate (ES)
Als ein viel besserer Stoff als Polyester haben sich die żywice epoksydowe (Laminat ES), erwiesen, aber aufgrund des viel höheren Preises und der technologischen Probleme (Viskosität, Probleme mit Kontrolle der Geschwindigkeit und Qualität der Festigung) werden bis heute nicht in der Massenproduktion der Laminatstoffe hergestellt. Eine Ausnahme bilden die Segelflugzeugkonstruktionen, in welchen eine höhere Widerstandsfähigkeit erforderlich ist, die nur unter Verwendung von Verbundstoffen (ES) möglich ist. 

Epoxid-Kohlen-Laminate
Bei ihrer Produktion wurden andere Fasern als Glaskonstruktionsfasern verwendet, es sind włókna węglowe (tzw. carbon). Sie zeichnen sich durch ein äußerst günstiges Verhältnis des Gewichts zur Festigkeit und durch eine außergewöhnlich hohe Steifheit aus; sie sind aber verhältnismäßig wenig resistent gegen Schläge und dynamische Belastungen. Diesen Nachteil weisen die etwas weniger steifen Kevlar-Epoxid-Laminate auf, bei ihrer Produktion wurden Aramidfasern (sog. Kevlar) verwendet. In der Praxis wird eine Verbindung von diesen zwei Arten des Laminats, insbesondere in Sandwichkonstruktionen, angewendet. Die Kohlen- und Aramidgewebe sind sehr teuer, von daher sind in weniger verantwortlichen Standorten von solchen Superkonstruktionen nach wie vor ES-Laminate zu finden.
 

Quelle: wikipedia