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Glasfaserverstärkter Kunststoff



Glasfaserverstärkter Kunststoff, kurz GFK, ist ein Faser-Kunststoff-Verbund aus einem Kunststoff (z. B. Polyesterharz, Epoxidharz oder Polyamid) und Glasfasern. Er ist der am häufigsten eingesetzte langfaserverstärkte Kunststoff. Erstmals wurden 1935 in den USA Endlos-Glasfasern als Verstärkungsfasern industriell hergestellt, das erste Flugzeug aus GFK war der Phoenix 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.

Inhaltsverzeichnis

Eigenschaften und Anwendungsgebiete

Eigenschaften

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

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

Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind ein kostengünstiger Faser-Kunststoff-Verbund. In mechanisch hochwertigen Anwendungen findet sich der glasfaserverstärkte Kunststoff ausschließlich in der Form von Endlosfasern in Geweben und ebenso 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 glasfaserverstärkter Kunststoff daher nicht geeignet. Ein großer Vorteil der Glasfaser, im Verbund mit einer Kunststoffmatrix, liegt jedoch in der hohen Bruchdehnung. Diesen Vorteil kann der Glasfaserverbund besonders in Blattfedern und ähnlichen Bauteilen zur Wirkung bringen.

Bei Einsatz einer geeigneten Matrix zeigt der glasfaserverstärkte Kunststoff ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten, auch in aggressiver Umgebung. Dies macht den glasfaserverstärkten Kunststoff zu einem geeigneten Werkstoff für Behälter im Anlagenbau oder auch für Bootsrümpfe. Die, verglichen mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, hohe Dichte kann bei diesen Anwendungen ohne Einschränkungen akzeptiert werden.

Bei Verwendung eines entsprechenden Matrixsystems hat glasfaserverstärkter Kunststoff eine gute elektrische Isolationswirkung, was ihn zu einem geeigneten Werkstoff der Elektrotechnik macht. Besonders Isolatoren, die hohe mechanische Lasten übertragen müssen, werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Im Schaltschrankbau werden gerade für den Außenbereich Kunststoffschränke aus GFK gefertigt, die wegen der Beständigkeit des Materials weder korrodieren noch nennenswert altern.

Marktlage

Im Jahr 2005 wurden in Europa prozentual die folgenden Massen an glasfaserverstärktem Kunststoff verarbeitet:

  • Verfahren mit offener Form, wie z. B. Handlaminieren oder Faserspritzen: 32 %
  • Pressen von SMC und BMC: 26 %
  • Kontinuierliche Verfahren, wie z. B. die Pultrusion: 12 %
  • Behälter und Rohre, überwiegend im Faserwickelverfahren: 12 %
  • RTM-Verfahren: 9 %
  • GMT und LFT (siehe Faser-Matrix-Halbzeuge): 8 %
  • andere Verfahren oder Halbzeuge: 1 %

Insgesamt wurden 1.052.500 Tonnen glasfaserverstärkter Kunststoff verarbeitet (Quelle: AVK).

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 die des Grundmaterials.

Endlosfaserverstärkte Bauteile

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

  • GFK aus Geweben oder Gelegen
  • GFK aus Rovings oder unidirektionalen Geweben/Gelegen (hergestellt im Strangziehverfahren)
  • Mischformen aus den oben genannten Arten

Typische Anwendungsbeispiele

  • Fahrzeugbau
  • Luftfahrt
  • Schiffbau
  • Brückenbau
  • Windkraftanlagen
  • Modellbau

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. H. Schürmann: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden. Springer, 2005
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Glasfaserverstärkter_Kunststoff aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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