Duroplaste sind die bekanntesten und gebräuchlichsten polymeren Matrixsysteme. Sie entstehen aus einer chemischen Vernetzungsreaktion, die als Härtung bezeichnet wird. Für diese Reaktion werden die zwei Komponenten Harz und Härter benötigt. Wird der Härter dem Harz zugegeben ergibt sich eine räumlich engmaschige, irreversible Vernetzung der beiden Mischungsbestandteile. Zur Auslösung der Härtung wird Wärme, Strahlung (UV) oder ein Katalysator benötigt.
Bild: Schematische Darstellung der Kettenstruktur von einem Duroplast [1].
Duroplaste weisen Vor- und Nachteilen auf:
Vorteile:
- hohe Steifigkeit,
- chemische Beständigkeit,
- thermische Beständigkeit,
- geringe Kriechneigung,
- geringe Viskosität,
- zuverlässige Benetzung der Fasern.
- nicht schweißbar,
- sprödes Bruchverhalten ohne Zugabe von Füllstoffen oder Verstärkungsfasern und
- kein Recycling (nur als Füllstoff).
Duroplaste werden in vielen unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Um die Kennwerte der Duroplaste an die Belastungen anzupassen wird in der Faserverbundtechnik zwischen verschiedenen Reaktionsharzen unterschieden. Die verwendeten Harze und ihre entsprechenden Vorteile sind:
- Epoxid Harz (EP) - gute mechanische Eigenschaften,
- Ungesättigte Polyester Harze (UP) - einfache Handhabung, preiswert,
- Vinylester Harz (VE) - hohe Temperaturstabilität und
- Phenol Harze (PF) - elektrisch isolierend.
Im Automobilbau werden duroplastische Faser-Matrix-Verbunde als Stoßfänger und Außenhäute (Class A Flächen) eingesetzt. Weitere Verwendung finden sie als Verkleidungen in Lastkraftwagen und Zügen.
Tabelle: Materialkennwerte verschiedener Duroplaste nach [1].
Polyester Epoxid Vinylester E-Modul [MPa] 4 800 3 150 - 3 400 4 000
Querkontraktionszahl [-] ≈0,35 Zugfestigkeit [MPa]
60
75 - 90
83
Dichte [g/cm³] 1,22 1,2
1,14
Bruchdehnung [%] 2 5 - 6 6