Ob Handyhülle, Wäschekorb oder Brillengestell – Kunststoff ist überall. In nahezu jedem Gegenstand wird er mitverarbeitet. Jedoch ist Kunststoff nicht gleich Kunststoff, denn aufgrund der einfachen Beeinflussbarkeit der Eigenschaften, gibt es eine große Vielfalt verschiedener Kunststofftypen. Denn kein anderer Werkstoff ist so wandlungsfähig und vielseitig einsetzbar.
Was ist Glasfaserverstärkter Kunststoff?
Glasfaserverstärkter Kunststoff, auch als GFK, Glasfaserkunststoff oder umgangssprachlich Fiberglas bekannt, ist ein Faser-Kunststoffverbund aus Kunststoff und Glasfasern. Konkret handelt es sich um eine Kunststoffmatrix, die die Glasfasern umgibt. Tatsächlich stellt diese Form einen der bekanntesten Faserverbundwerkstoffe dar. Bereits seit den 1930er Jahren wird das Potenzial dieser Kombination aus Kunststoff und Glas genutzt.
Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff
Eine Kunststoffmatrix besteht entweder aus Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomeren. Denn je nach Zusammensetzung der Ausgangsstoffe, Herstellungsverfahren und Zusatzstoffe lassen sich unterschiedliche physikalische Eigenschaften und mechanische Verhaltensweisen kreieren.
Thermoplaste erreichen ihre gute Verformbarkeit bereits durch einen niedrigen Schmelzpunkt. Dieser Vorgang ist reversibel und kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung beliebig oft wiederholt werden. Thermoplaste lassen sich beispielsweise für die Herstellung von Spielzeugen oder Rohren nutzen.
Duroplaste sind Kunststoffe, die nach dem Aushärten nicht mehr verformt werden können. Die Ursache dafür ist, dass es sich hier um harte, glasartige Polymerwerkstoffe handelt, die über chemische Hauptvalenzbindungen dreidimensional vernetzt sind. Zum Beispiel bestehen Haushaltsgegenstände wie Zahnputzbecher aus Duroplaste.
Elastomere sind formfest, aber elastisch verformbar. Nach Zug- oder Druckbelastung nehmen sie wieder ihre Ausgangsform an. Sie zeigen dementsprechend eine sehr gute Verformbarkeit, jedoch eine geringe Härte auf. Beispielsweise sind Elastomere in Gummibändern oder Bällen zu finden.
Und warum Glasfasern?
Glasfasern bringen eine ganze Reihe von Vorteilen mit sich. Sie besitzen eine amorphe Struktur und daraus resultierend isotrope Eigenschaften. Die Dehnung der Fasern ist vollelastisch und das Spannungsdehnungsverhalten linear. Die Dehnung ist reversibel. Ebenfalls weisen Glasfasern eine hohe Zug- und Druckfestigkeit auf. Aufgrund der niedrigen Steifigkeit der Fasern lassen sie sich auch in engen Radien optimal ausstaffieren. Ebenfalls weisen Glasfasern eine hohe Temperatur- und Feuchtigkeitsbeständigkeit auf, sowie Beständigkeit gegen chemische und biologische Einwirkungen.
Neben der Wahl der Kunststoffmatrix hat auch die Ausführung der Gasfasern große Auswirkungen auf die Eigenschaften von glasfaserverstärkten Kunststoffen. Denn je länger die Faser, umso robuster und stabiler ist das Material. Die Kombinationsmöglichkeiten von Kunststoffmatrix und Glasfasern sind beinahe endlos. Daher lässt sich Fieberglas ideal für jede Anwendung anpassen. Glasfaserverstärkte Kunststoffe können in drei Kategorien eingeteilt werden: kurzfaserverstärkten Kunststoff, langfaserverstärkten Kunststoff und endlosfaserverstärkten Kunststoff.
Drei Arten von Faserverstärken Kunststoffen
Kurzfaserverstärkte Kunststoffe: Kurzfasern haben eine Länge zwischen 0,1 und 1 mm und werden vordergründig im Rahmen des Spritzgussverfahrens genutzt. Der Vorteil ist, dass sich die Bauteile einfach formen lassen und preisgünstig sind. Jedoch weisen sie eine vergleichsweise geringe Festigkeit auf.
Langfaserverstärkte Kunststoffe: Sind die Fasern zwischen 1 und 50 mm lang, handelt es sich um Langfasern. Materialien aus langfaserverstärktem Kunststoff weisen eine hohe Stabilität auf und können große Mengen Energie absorbieren.
Endlosfaserverstärkte Kunststoffe: Als Endlosfasern gelten Glasfasern mit einer Länge von über 50 mm. Bauteile aus endlosfaserverstärktem Kunststoff zeichnen sich durch eine außerordentliche Festigkeit aus.
Welche Eigenschaften haben glasfaserverstärkte Kunststoffe?
Glasfaserkunststoff weist eine ganze Reihe von nützlichen Eigenschaften auf, von denen diverse Industriezweige profitieren. Unter anderem zählt dazu:
- hohe Flexibilität,
- hohe chemische Beständigkeit,
- hohe UV- und Witterungsbeständigkeit,
- hohe Druckbelastung,
- hohe Stabilität,
- hohe Lebensdauer,
- keine Brennbarkeit,
- eine elektrische Leitfähigkeit,
- kein Rost,
- unter thermischer Einwirkung einfache Formbarkeit,
- geringes Gewicht,
- Wasserundurchlässigkeit,
- Lackierfähigkeit und Bedruckungsmöglichkeit,
- Erhalt in allen Farben
Durch zahlreiche Vorteile und Möglichkeiten der Weiterverarbeitung löst GFK viele traditionelle Werkstoffe, wie Stahl oder Aluminium, ab. Ebenso kommt der Faser-Kunststoffverbund in unzähligen Branchen zum Einsatz.
Wo wird GFK eingesetzt?
Aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften eignet sich GFK nahezu für jeden Einsatzbereich. Die Anwendungsmöglichkeiten sind außergewöhnlich vielseitig. Die hohe Varianz und Belastbarkeit des Werkstoffs, im Zusammenspiel mit dem geringen Gewicht, machen Fiberglas äußerst beliebt.
Von den Vorteilen der Glasfaserkunststoffe profitiert unter anderem der Fahrzeugbau. In sämtlichen Anwendungsbereichen wird das Material genutzt, wie beispielsweise für Deckschichten, Seitenwände, Türen, Innenwandverkleidungen und Sandwichelemente.
GFK bietet neben funktionalen Eigenschaften auch viele Gestaltungsmöglichkeiten. Daher lässt es sich ganz hervorragend in der Bauindustrie nutzen, wo es beispielsweise in Fassadenplatten, Wandverkleidungen oder Trennwänden zum Einsatz kommt.
Im Medizin- und Hygienebereich wird GFK zur Veredelung von robusten und hygienischen Oberflächen eingesetzt. So trägt es dazu bei, dass die Flächen in OP-Bereichen steril bleiben und das Auftreten von gefährlichen Krankenhauskeimen vermieden wird.
Ebenfalls lassen sich glasfaserverstärkte Kunststoffe in der Sportindustrie wiederfinden. In der Herstellung von Snowboards kann durch die Verwendung des Faser-Kunststoffverbunds bis zu 15 Prozent des Gewichts eingespart werden, während die Stabilität des Boards konstant bleibt.
Wie nachhaltig sind glasfaserverstärkte Kunststoffe?
Im Vergleich zu anderen Materialien, wie Stahl, ist die Herstellung von Fiberglas äußerst umweltschonend und nachhaltig. Der Grund dafür ist, dass die Umweltbelastung für die Produktion von Basisharzen und Glasfasermatten sehr gering ist. Ebenso trägt die sehr hohe Lebensdauer von GFK zur Nachhaltigkeit bei. Da das Material sehr alterungsbeständig ist, werden darüber hinaus nur sehr wenig Ressourcen für die Wartung benötigt.
Das Recycling von GFK ist komplex, weil sich die duromeren Harze nicht einschmelzen lassen. GFK-Abfälle werden zum Teil thermisch recycelt und zu einem Ersatzbrennstoff gefertigt. Zementwerke sind der größte Abnehmer des Materials. Unternehmen und Forschungsinstitute erforschen weitere Verfahren.
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