Glasfaserverstärkter Kunststoff

Eigenschaften
Fasertyp: E-Glasfaser Matrixtyp: Epoxidharz Faservolumenanteil 60 % alle Angaben sind charakteristische Durchschnittswerte
Grundelastizitätsgrößen
${\displaystyle E_{\|}}$	44 500 N/mm²
${\displaystyle E_{\perp }}$	13 000 N/mm²
${\displaystyle G_{\perp \|}}$	5 600 N/mm²
${\displaystyle G_{\perp \perp }}$	5 100 N/mm²
${\displaystyle \nu _{\|\perp }}$	0,25
Dichte
${\displaystyle \rho }$	2,0 g/cm³
Grundfestigkeit
${\displaystyle R_{\|}^{+}}$	1 000 N/mm²
${\displaystyle R_{\|}^{-}}$	900 N/mm²
${\displaystyle R_{\perp }^{+}}$	50 N/mm²
${\displaystyle R_{\perp }^{-}}$	120 N/mm²
${\displaystyle R_{\perp \|}}$	70 N/mm²
Wärmeausdehnungskoeffizienten
${\displaystyle \alpha _{\|}}$	7·10−6 1/K
${\displaystyle \alpha _{\perp }}$	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 im Verbund mit einer passenden Kunststoffmatrix hohe Bruchdehnung, hohe elastische Energieaufnahme, aber einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul. Selbst in Faserrichtung liegt er unter dem von Aluminium. Für Bauteile mit hohen Steifigkeitsanforderungen ist er daher nicht geeignet, dafür aber gut für Blattfedern und ähnliche Bauteile.

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. Da diese Rümpfe auch unmagnetisch sind, wurde das Material schon ab 1966 zum Bau von Minensuchbooten verwendet.^[3]

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

2015 wurden in Europa ca. 1.069.000 Tonnen GFK hergestellt. Wichtigster Abnehmer war mit 35 % der Gesamtmenge die Transportindustrie, gefolgt von der Konstruktionsindustrie (unter anderem für Rotorblätter von Windkraftanlagen) sowie die Elektronik- und Sportgeräteindustrie mit 30 %.^[4]

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

• Behälter und Rohre, überwiegend im Faserwickel- und Schleuderverfahren: 145e⁶ kg
• GMT und LFT (siehe Faser-Matrix-Halbzeuge): 121e⁶ kg
• Kontinuierliche Verfahren, wie z. B. die Pultrusion: 132e⁶ kg
• RTM-Verfahren: 132e⁶ kg
• Pressen von SMC und BMC: 264e⁶ kg
• Verfahren mit offener Form, wie z. B. Handlaminieren oder Faserspritzen: 232e⁶ kg
• andere Verfahren: 17e⁶ kg

Insgesamt wurden 1.043 kt glasfaserverstärkter Kunststoff in Europa im Jahr 2014 verarbeitet.^[5]

Einige typische Sorten glasfaserverstärkter Kunststoffe sind:

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 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

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

• 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 und Helikopter
• Rümpfe und Tragflächen von Segelflugzeugen oder Hochleistungs-Motorflugzeugen
• Rümpfe von Booten und Yachten
• Fahrzeugverkleidungen im Automobilrennsport
• Spielplatzrutschen/Rutschbahnen
• Taktstöcke und Violinbögen
• Verkleidungen und Fassaden
• Wurfarme für Armbrüste
• Angelbauteile
• Ausleger für Straßenbahnoberleitungen
• Hangar- und Industrietore
• Leiterplatten
• Kühltürme
• Schutzhülle für UHF-Sendeantennen
• Tanks für Lebensmittel- und chemische Industrie
• Herstellung von Skulpturen

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.^[6]

GFK kann in der Zementproduktion als Ersatzbrennstoff beigemischt werden, wobei der Kunststoffanteil Energie liefert und der Glasanteil Teil des Zementrohstoffs wird.^[7] Die Firma Neocomp GmbH hat dieses Verfahren entwickelt und wendet es derzeit an (Stand: September 2019).^[8]

• Bulk Molding Compound
• Faserverbundwerkstoff
• Sheet Molding Compound

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• Institut für Verbundwerkstoffe GmbH
• AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V.

• Detlef Jens: Die klassischen Yachten. Band 2: Die Kunststoffrevolution. Koehlers Verlagsgesellschaft, Hamburg 2007, ISBN 978-3-7822-0945-8.
• Volker Türschmann: Ohne Staub und ohne Styroldämpfe. In: Plastverarbeiter Online. Hüthig GmbH, 26. Mai 2011, abgerufen am 11. April 2016.