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Werkstoffe aus Verbundmaterialien
Um die technischen Eigenschaften eines Kunststoffes zu verbessern, werden die Matrixwerkstoffe insbesondere mit Langfasermaterialien verstärkt. Die so entstehenden Faser-Kunststoff-Verbunde kombinieren die geringe Dichte der Polymere mit hoher Festigkeit und Steifigkeit der Fasermaterialen, so dass sie bei stoß- und schlagbeanspruchten Bauteilen Metalle als Baumaterialien ersetzen können.[1] Glasfasern werden in circa 85% der Faser-Kunststoff-Verbunde eingesetzt, da sie mechanische Belastbarkeit und Isoliereigenschaften bieten und zudem günstig produziert werden können. Daher werden sie insbesondere für Gebäudeelemente und Rohre im Bausektor sowie im Fahrzeugbau und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Für Hochleistungskunststoffverbunde eignet sich eine Verstärkung mit Kohlenstofffasern, da mit ihnen ein zu dem von Stahl vergleichbares Zugmodul bei stark verringertem Gewicht erreicht werden kann. So eignen sie sich insbesondere für den Einsatz im Windenergiesektor und im Flugzeugbau, kommen aber ebenfalls für Sportgeräte zum Einsatz. Darüber hinaus werden u. a. aromatische Polyamidfasern (Aramide) und Stahlfasern für stark beanspruchte Materialien wie Reifen und Transportbänder eingesetzt. Sie zeichnen sich durch besondere Energieabsorptionsfähigkeit aus und dienen daher auch als Material für ballistische Schutzausrüstung.[1] Die stoffliche Verwertung von Faser-Kunststoffverbunden ist schwierig und wichtiger Bestandteil der aktuellen Forschung. Meist werden die Abfälle zerkleinert und als Füllstoffe neuen Verbundwerkstoffen beigemischt. Jedoch verkürzen sich die Fasern durch die mechanische Beanspruchung bei der Zerkleinerung, wodurch die Faserverstärkung abnimmt. Darüber hinaus können die Verbundwerkstoffe thermisch verwertet werden. Bei der energetischen Nutzung wird die Kunststoffmatrix verbrannt, die Fasern bleiben zurück und können anschließend in der Zementindustrie als Zuschlagstoff eingesetzt werden. Die energetische Verwertung beansprucht die Fasern jedoch stark. Eine schonendere thermische Verwertungsalternative stellt die Pyrolyse dar. Hier wird die Kunststoffmatrix thermisch zersetzt und die Fasern bleiben in ursprünglicher Länge erhalten und können wiederverwendet werden.[1]