Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie wurden 1935 erstmals für industrielle Zwecke hergestellt und zunächst zur Wärmedämmung von Gebäuden eingesetzt. Bald wurden jedoch weitere Anwendungsgebiete erschlossen und heute wird GFK (auch Fiberglas) in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Schiffbau und dem Bauwesen eingesetzt.
Gegenüber anderen Werkstoffen wie Stahl, Eisen oder herkömmlichen Kunststoffen hat GFK eine Reihe wichtiger Vorteile.
Aber was genau sind die spezifischen Bestandteile dieses Materials und welche Eigenschaften machen es so einzigartig? Diese Fragen werden in diesem Artikel beantwortet.
Woraus besteht GFK?
GFK besteht aus einer Mischung verschiedener Materialien, nämlich einer Polymermatrix und Glasfasern, die zu einem Verbundwerkstoff verbunden sind.
Als Matrix werden meist Epoxid-, Vinylester- oder duroplastische Polyesterharze verwendet. Diese Harze sorgen dafür, dass das Endprodukt gegen Umwelteinflüsse und Chemikalien beständig ist, sie halten die Glasfasern in der Laminatstruktur zusammen und geben dem GFK-Bauteil seine Form. Die Glasfasern wiederum sind für die Stabilität des Materials verantwortlich. Sie können zufällig verteilt oder gezielt angeordnet sein.
Der am häufigsten verwendete Glasfasertyp in GFK ist E-Glas (Elektroglas), auch bekannt als Aluminium-Borosilikatglas. Für Anwendungen, die einen besonders hohen Säureschutz erfordern, wird häufig E-CR-Glas verwendet, das sowohl elektrisch als auch chemisch beständig ist.
Was sind die Haupt-Vorteile von GFK?
Nicht umsonst wird GFK in vielen Branchen eingesetzt, aber was sind die Vorteile von GFK im Detail?
1. Geringes Gewicht
Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien zeichnet sich GFK durch seine geringe Masse aus. Als Verbundwerkstoff bietet es somit zwei wesentliche Gewichtsvorteile:
- Mit GFK kann im Vergleich zu Werkstoffen gleicher Festigkeit und Abmessung erheblich Gewicht eingespart
- Im Vergleich zu anderen Werkstoffen können GFK-Bauteile bei gleichem Gewicht voluminöser, länger oder größer gestaltet werden.
Daraus ergeben sich zahlreiche Vorteile sowohl für das Endprodukt wie Flugzeuge oder Autos als auch für die Produktions– und Montagephase. Ein Beispiel ist die Möglichkeit, größere Brückenelemente mit einem Standardkran zu bewegen, was die Bauzeit, die Komplexität und damit auch die Kosten erheblich reduziert. Aus diesem Grund werden GFK-Brücken immer häufiger eingesetzt.
Foto: photobars / stock.adobe.com2. Hohe Festigkeit
Trotz seines vergleichsweise geringen Gewichts besitzt GFK als Verbundwerkstoff eine beeindruckende Festigkeit und Robustheit. Je nach spezifischer Zusammensetzung des glasfaserverstärkten Kunststoffs kann die Festigkeit durchaus mit der von Stahl mithalten. Insbesondere Mischungen aus Endlosglasfasern und Polyesterharz als Matrix zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Formstabilität aus.
3. Beständigkeit
Bauteile aus GFK zeichnen sich durch eine hohe Beständigkeit gegen eine Vielzahl von Einflüssen und Substanzen aus, was diesen Werkstoff besonders widerstandsfähig macht. Besonders vorteilhafte Eigenschaften sind
UV- und Witterungsbeständigkeit: GFK ist unempfindlich gegenüber Sonnenlicht, Wind, Regen, Schnee und sogar Salzwasser in maritimer Umgebung.
Hitzebeständigkeit: GFK behält nach dem Aushärten auch bei hohen Temperaturen seine Form.
Korrosionsbeständigkeit: Da GFK nicht rostet, eignet es sich hervorragend für den Einsatz im Freien.
Chemische Beständigkeit: GFK ist gegen viele Substanzen beständig, darunter Flüssigdünger in der Landwirtschaft oder verschiedene Säuren in der chemischen Industrie.
Darüber hinaus haben GFK-Teile in der Regel thermische und elektrische Isoliereigenschaften, wodurch sie für Anwendungen geeignet sind, bei denen Metall nicht verwendet werden kann.
GFK oder Aluminium?
Die Wahl zwischen Aluminium und Kunststoffen wie GFK wird in verschiedenen Bereichen wie Fenster, Wohnmobile und Nutzfahrzeuge häufig diskutiert. Jedes Material hat seine Vor- und Nachteile, und je nach Anwendung kann ein vermeintlicher Nachteil sogar zum Vorteil werden. Ein Beispiel ist die elektrische Leitfähigkeit: Aluminium ist ein ausgezeichneter elektrischer Leiter und wird daher vor allem in der Elektrotechnik eingesetzt, zum Beispiel als Leitermaterial in Mikrochips.
Foto: Maksym Yemelyanov / stock.adobe.comGFK leitet dagegen keinen Strom. Es hat sogar isolierende Eigenschaften und wird deshalb häufig in der Nähe von Bahnstrecken eingesetzt, um Arbeiter oder Passanten vor den Stromleitungen zu schützen. Ob die elektrische Nichtleitfähigkeit als Vor- oder Nachteil angesehen wird, hängt also ganz von der spezifischen Anwendung ab.
Wo wird GFK eingesetzt?
Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind wahre Multitalente, die aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in vielen Bereichen eingesetzt werden können – und das geht weit über den Brückenbau und die Brückensanierung hinaus. Wo finden wir weitere Anwendungsgebiete für GFK im Bauwesen? Einige Beispiele:
- Marinas, sowohl an der Küste als auch an Binnengewässern, setzen bei der Sanierung und beim Neubau ihrer Steganlagen auf GFK.
- GFK wird auch in der Eisenbahninfrastruktur eingesetzt, zum Beispiel für Konstruktionsprofile, Gitterrostsysteme und Bahnsteige.
- Bei der Betonsanierung kommen GFK-Auskleidungen zum Einsatz, z. B. in Absetzbecken von Kläranlagen, als Auskleidung von Schwimmbädern oder als Bodenbeschichtung in der Chemie- und Lebensmittelindustrie.
- GFK wird auch beim Vogelschutz
- Im konstruktiven Ingenieurbau wird es für Podeste, Treppen etc. verwendet.
- Öffentliche und private Bauherren beauftragen auf Faserverbundwerkstoffe spezialisierte Unternehmen mit der Sanierung von Brücken aus GFK.
Fazit
Als Verbundwerkstoff bietet GFK eine Vielzahl von Möglichkeiten. Durch die sorgfältige Auswahl der Kunststoffmatrix und des geeigneten Produktionsverfahrens kann der Werkstoff maßgeschneidert an die Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst werden. Die Vorteile liegen auf der Hand. Insbesondere finanzielle Aspekte können bei der Entscheidung, GFK in die eigenen Produktionsprozesse zu integrieren, ausschlaggebend sein: Die anfänglichen Kosten für das Material werden schnell durch Einsparungen bei Verarbeitung, Transport und Wartung kompensiert.
