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.

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.

Eigenschaften und Anwendungsgebiete

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

Eigenschaften

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
$\rho$	2,0 g/cm³
Grundfestigkeiten
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}

Glasfaserverstärkter Kunststoffe sind, insbesondere in Kombination mit thermoplastischen Matrixsystemen ein kostengünstiger Faser-Kunststoff-Verbund. In mechanisch hochwertigen Anwendungen findet sich der glasfaserverstärkte Kunststoff ausschließlich in der Form von Endlosfasern in Geweben und 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.

Die gute elektrische Isolationswirkung, bei geeignetem Matrixsystem, macht den glasfaservertärkten Kunststoff zu einem geeigneten Werkstoff der Elektrotechnik. Besonders Isolatoren, die hohe Lasten übertragen müssen, werden aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Im Schaltschrankbau werden gerade für den Außenbereich, Kunststoffschränke aus GFK gefertigt, die sich durch ein wie oben schon erwähnt, ausgezeichnetes Korrosionsverhalten auszeichnen, da sie den ständig wechselnden Witterungsbedingungen Stand halten müssen.

Marktlage

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

Verfahren mit offener Form, wie z.B. 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

Spoiler für Autos, Front-, Heckklappen, Kotflügel und Dachmodule für PKW, Cabrio-Hardtops, Ölwannen für Nutzfahrzeuge, Aquarienanlagen, Windabweiser für Nutzfahrzeug-Zugmaschinen (Dach- und Seitenspoiler), Nutzfahrzeug-Stoßfänger, -Einstiege, -Kotflügel, -Seitenverkleidungen, -Frontklappen, etc., Zugverkleidungen, Kühlwaggons, Polsterwaffen, Rotorblätter für Hubschrauber und Windenergieanlagen, Träger von Hochspannungsisolatoren, Segelboote, Caravans, Segelflugzeuge, Angelruten, Zeltgestänge bis hin zu Fußgängerbrücken, Leuchttürmen oder Rohrleitungssystemen und Behältern im Kraftwerksbau und der chemischen Industrie sowie Werbe- bzw Dekorationsfiguren. Auch die Taktstöcke von Dirigenten sind oft aus Fiberglas gefertigt.

Siehe auch

Kunststoff | Verbundwerkstoff

Glass-reinforced plastic | Vetroresina | 玻璃钢

Weblinks

http://www.ict.fraunhofer.de/deutsch/scope/pt/pt-faser.html Fraunhofer Institut "Chemische Technologie"
http://www.avk-frankfurt.de/www_avktv/home_1_1_1_f.htm Arbeitsgemeinschaft "Verstärkte Kunststoffe"

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