Glasfaserverstärkter Kunststoff - LinkFang.de





Glasfaserverstärkter Kunststoff


Glasfaserverstärkter Kunststoff, kurz GFK (engl. GFRP = glass-fibre reinforced plastic), ist ein Faser-Kunststoff-Verbund aus einem Kunststoff und Glasfasern. Als Basis kommen sowohl duroplastische Kunststoffe (z. B. Polyesterharz [UP] oder Epoxidharz) als auch thermoplastische Kunststoffe (z. B. Polyamid) in Frage.

Endlos-Glasfasern wurden erstmals 1935 industriell in den USA als Verstärkungsfasern hergestellt. Die Massenproduktion wurde in den 1930er Jahren von Games Slayter (Owens Corning) und anderen entwickelt – damals diente das Material vor allem der Dämmung von Häusern. Das erste Flugzeug aus GFK war der Fs 24 Phönix der Akaflieg Stuttgart aus dem Jahr 1957.[1]

GFK ist umgangssprachlich auch als Fiberglas bekannt. Das Wort Fiberglas ist ein Anglizismus, der sich aus fiberglass (AE) bzw. fibreglass (BE), dem englischen Wort für Glasfaser, gebildet hat. In der Nicht-Fachwelt wird oft nur von den Fasern gesprochen, wenn von GFK oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) die Rede ist. Immer sind aber die faserverstärkten Kunststoffe gemeint, denn ohne die gestalt- und oberflächengebende Kunststoff-Matrix wären die Bauteile gar nicht herstellbar.[2]

Eigenschaften und Anwendungsgebiete

Eigenschaften

Fasertyp: E-Glasfaser
Matrixtyp: Epoxidharz
Faservolumenanteil 60 %
alle Angaben sind charakteristische
Durchschnittswerte

Grundelastizitätsgrößen
[math]E_{\|}[/math] 44 500 N/mm2
[math]E_{\perp}[/math] 13 000 N/mm2
[math]G_{\perp\|}[/math] 5 600 N/mm2
[math]G_{\perp\perp}[/math] 5 100 N/mm2
[math]\nu_{\perp\|}[/math] 0,25
Dichte
[math]\rho[/math] 2,0 g/cm3
Grundfestigkeit
[math]R^{+}_{\|}[/math] 1 000 N/mm2
[math]R^{-}_{\|}[/math] 900 N/mm2
[math]R^{+}_{\perp}[/math] 50 N/mm2
[math]R^{-}_{\perp}[/math] 120 N/mm2
[math]R_{\perp\|}[/math] 70 N/mm2
Wärmeausdehnungskoeffizienten
[math]\alpha_{\|}[/math] 7·10−6 1/K
[math]\alpha_{\perp}[/math] 27·10−6 1/K

Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind ein kostengünstiger und dennoch sehr hochwertiger Faser-Kunststoff-Verbund. In mechanisch hoch beanspruchten Anwendungen findet sich glasfaserverstärkter Kunststoff ausschließlich als Endlosfaser in Geweben oder in UD-Bändern.

Verglichen mit Faser-Kunststoff-Verbunden aus anderen Verstärkungsfasern hat der glasfaserverstärkte Kunststoff einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul. Selbst in Faserrichtung liegt er unter dem von Aluminium. Bei hohen Steifigkeitsanforderungen ist er daher nicht geeignet. Ein Vorteil der Glasfaser im Verbund mit einer passenden Kunststoffmatrix liegt in der hohen Bruchdehnung und der elastischen Energieaufnahme. Deshalb ist er besonders für Blattfedern und ähnliche Bauteile geeignet.

Glasfaserverstärkter Kunststoff hat auch in aggressiver Umgebung ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten. Dies macht ihn zu einem geeigneten Werkstoff für Behälter im Anlagenbau oder auch für Bootsrümpfe. Die über der von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff liegende Dichte wird bei diesen Anwendungen in Kauf genommen.

Mit einer geeigneten Matrix hat glasfaserverstärkter Kunststoff eine gute elektrische Isolationswirkung, was ihn zu einem gut brauchbaren Werkstoff der Elektrotechnik macht. Besonders Isolatoren, die hohe mechanische Lasten übertragen müssen, werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Schaltschränke für den Außenbereich werden wegen der Beständigkeit und Stabilität des Materials häufig aus GFK gefertigt.

Marktlage

Im Jahr 2014 wurden in Europa die folgenden Mengen an glasfaserverstärktem Kunststoff verarbeitet:

  • Behälter und Rohre, überwiegend im Faserwickel- und Schleuderverfahren: p506145145·106 kg
  • GMT und LFT (siehe Faser-Matrix-Halbzeuge): p506121121·106 kg
  • Kontinuierliche Verfahren, wie z. B. die Pultrusion: p506132132·106 kg
  • RTM-Verfahren: p506132132·106 kg
  • Pressen von SMC und BMC: p506264264·106 kg
  • Verfahren mit offener Form, wie z. B. Handlaminieren oder Faserspritzen: p506232232·106 kg
  • andere Verfahren: p5061717·106 kg

Insgesamt wurden 1.043 kt glasfaserverstärkter Kunststoff in Europa im Jahr 2014 verarbeitet.[3]

Sorten

Einige typische Sorten glasfaserverstärkter Kunststoffe sind:

EN 60893-3 NEMA LI 1-1998 MIL
Epoxidharz-Laminat EP GC 202 FR-4 MIL-I-24768/27 (GEE-F)
Epoxidharz-Laminat EP GC 204 FR-5 MIL-I-24768/28 (GEB-F)
Epoxidharz-Laminat EP GC 201 G-10 MIL-I-24768/2 (GEE)
Epoxidharz-Laminat EP GC 203 G-11 MIL-I-24768/3 (GEB)
Melaminharz-Laminat MF GC 201 G-5 MIL-I-24768/8 (GMG)
Melaminharz-Laminat MF GC 201 G-9 MIL-I-24768/1 (GME)
Phenol-Formaldehydharz-Laminat PF GC 301 G-3 MIL-I-24768/18 (GPG)
Polyesterharz-Laminat UP GM 201 GPO-1 MIL-I-24768/4 (GPO-N-1)
Polyesterharz-Laminat UP GM 202 GPO-2 MIL-I-24768/5 (GPO-N-2)
Polyesterharz-Laminat UP GM 203 GPO-3 MIL-I-24768/6 (GPO-N-3)
Polyesterharz-Laminat GPO-1P MIL-I-24768/31 (GPO-N-1P)
Polyesterharz-Laminat GPO-2P MIL-I-24768/32 (GPO-N-2P)
Polyesterharz-Laminat GPO-3P MIL-I-24768/33 (GPO-N-3P)
PTFE-Laminat MIL-I-24768/7 (GTE)
Silikonharz-Laminat SI GC 201 G-7 MIL-I-24768/17 (GSG)

Typische Bauteile

Kurz- und langfaserverstärkte Bauteile

Kurzfaserverstärkte Bauteile finden vor allem Verwendung als Verkleidungen oder werden wegen der guten Formbarkeit und großen Gestaltungsfreiheit hergestellt. Kurzfaserverstärkte Bauteile weisen meist ein quasiisotropes Verhalten auf, da die Kurzfasern zufällig verteilt vorliegen. Eine schwach ausgeprägte Orthotropie kann beim Spritzguss von kurzfaserverstärkten Thermoplasten entstehen. Die Fasern orientieren sich dabei entlang der Fließlinien. Die Beimischung von Kurzglasfasern zu Thermoplasten verbessert deren Steifigkeit, Festigkeit und insbesondere deren Verhalten bei hohen Temperaturen. Das Kriechen kurzfaserverstärkter Thermoplaste ist geringer als das des Grundmaterials.

Endlosfaserverstärkte Bauteile

Endlosfaserverstärkte Bauteile werden mit definierten Materialeigenschaften hergestellt. Immer häufiger finden sie Verwendung im Leichtbau.

Dabei werden als Matrix meist Duroplaste verwendet. Zum Beispiel wurde unter dem Begriff Fiberglas ein Verbundwerkstoff aus gewobenen Glasfasermatten und Polyesterharz bekannt.

Anwendungen (Auswahl)

  • Bewehrung im Betonbau
  • Blattfedern
  • Duschwannen und Badewannen
  • Fahrzeugteile (z. B. Motorhauben, Kotflügel)
  • Hüllen und Umwandungen
  • Kleinformteile
  • Kletterhilfen für die Fassadenbegrünung mit Kletterpflanzen
  • Profile und Bewehrungen
  • Rohre
  • Rotorblätter für Windenergieanlagen
  • Rümpfe und Tragflächen von Segelflugzeugen oder Hochleistungs-Motorflugzeugen
  • Rümpfe von Booten und Yachten
  • Spielplatzrutschen / Rutschbahnen
  • Verkleidungen und Fassaden
  • Wurfarme für Armbrüste
  • Angelbauteile
  • Ausleger für Straßenbahnoberleitungen
  • Hangar- und Industrietore
  • Leiterplatten
  • Kühltürme
  • Schutzhülle für UHF-Sendeantennen

Probleme bei der Herstellung und Verarbeitung

Bei der Verwendung von Polyesterharzen werden Styroldämpfe freigesetzt. Diese reizen die Schleimhäute und Atemwege. Deshalb schreibt die GefStoffV einen maximalen Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 86 mg/m³ vor. In bestimmten Konzentrationen kann sogar ein explosionsfähiges Gemisch entstehen. Bei der Weiterbearbeitung von GFK-Bauteilen (Schleifen, Schneiden, Sägen) entstehen Feinstäube und Späne mit glasigen Filamenten sowie klebrige Stäube in erheblichen Mengen. Diese beeinträchtigen die Gesundheit von Menschen und die Funktionalität der Maschinen und Anlagen. Damit Arbeitsschutzvorschriften eingehalten und die Wirtschaftlichkeit nachhaltig gewährleistet werden kann, ist die Installation von effektiven Absaug- und Filteranlagen nötig.[4]

Recycling

Der Recycling-Code für glasfaserverstärkten Kunststoff ist 07.

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Glasfaserverstärkter Kunststoff  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Literatur

Einzelnachweise

  1. H. Schürmann: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden. Springer, 2005. ISBN 978-3-540-40283-1
  2. AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V. (Hrsg.): Handbuch Faserverbund-Kunststoffe. Vieweg + Teubner, 2010. ISBN 978-3834808813
  3. Elmar Witten, Thomas Kraus, Michael Kühnel: Composites-Marktbericht 2015. In: avk-tv.de. AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe, 21. September 2015, abgerufen am 11. April 2016 (PDF; 1,3 MB).
  4. Volker Türschmann, Christian Jakschik, Hans-Jürgen Rothe: Problemlösungen in der GFK-Fertigung – Thema: Reine Luft bei der Fertigung glasfaserverstärkter Kunststoffteile (GFK). In: ult.de. ULT AG, März 2011, archiviert vom Original am 13. August 2012, abgerufen am 11. April 2016.

Kategorien: Keine Kategorien vorhanden!

Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Glasfaserverstärkter Kunststoff (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

Änderungen: Alle Bilder mit den meisten Bildunterschriften wurden entfernt. Ebenso alle zu nicht-existierenden Artikeln/Kategorien gehenden internen Wikipedia-Links (Bsp. Portal-Links, Redlinks, Bearbeiten-Links). Entfernung von Navigationsframes, Geo & Normdaten, Mediadateien, gesprochene Versionen, z.T. ID&Class-Namen, Style von Div-Containern, Metadaten, Vorlagen, wie lesenwerte Artikel. Ansonsten sind keine Inhaltsänderungen vorgenommen worden. Weiterhin kann es durch die maschinelle Bearbeitung des Inhalts zu Fehlern gerade in der Darstellung kommen. Darum würden wir jeden Besucher unserer Seite darum bitten uns diese Fehler über den Support mittels einer Nachricht mit Link zu melden. Vielen Dank!

Stand der Informationen: August 201& - Wichtiger Hinweis: Da die Inhalte maschinell von Wikipedia übernommen wurden, ist eine manuelle Überprüfung nicht möglich. Somit garantiert LinkFang.de nicht die Richtigkeit und Aktualität der übernommenen Inhalte. Sollten die Informationen mittlerweile fehlerhaft sein, bitten wir Sie darum uns per Support oder E-Mail zu kontaktieren. Wir werden uns dann innerhalb von spätestens 10 Tagen um Ihr Anliegen kümmern. Auch ohne Anliegen erfolgt mindestens alle drei Monate ein Update der gesamten Inhalte.