Unser tägliches Leben ist ohne glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) kaum mehr vorstellbar. Das Material wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts für die industrielle Nutzung entdeckt und diente ursprünglich der Wärmedämmung von Häusern. Schon bald wurden weitere Einsatzgebiete erschlossen und heute wird das Material unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, im Schiffbau und natürlich auch in der Bauindustrie verwendet
GFK bietet eine Vielzahl von signifikanten Vorteilen im Vergleich zu anderen Werkstoffen wie Stahl, Eisen oder herkömmlichem Kunststoff.
Doch was sind die spezifischen Bestandteile dieses Werkstoffs und welche Eigenschaften machen ihn so einzigartig? Diese Fragen werden wir in diesem Beitrag beantworten.
Woraus besteht GFK?
GFK ist ein Verbundwerkstoff, der aus einer Polymermatrix und Glasfasern besteht. Die Matrix besteht in der Regel aus Epoxid-, Vinylester- oder duroplastischen Polyesterharzen. Das Harz sorgt für die Beständigkeit des Endprodukts gegen Umwelteinflüsse und Chemikalien, hält die Fasern in der Laminatstruktur zusammen und gibt dem GFK-Bauteil seine Form. Die Glasfasern sorgen für die Stabilität. Sie können zufällig verteilt oder geordnet sein.
Der am häufigsten verwendete Glasfasertyp für GFK ist E-Glas, auch bekannt als Aluminium-Borosilikatglas. E-CR-Glas, das sowohl elektrisch als auch chemisch beständig ist, wird häufig für Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an den Säureschutz verwendet.
Was sind die Haupt-Vorteile von GFK?
GFK wird nicht umsonst in vielen Branchen eingesetzt, doch 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 eine Reihe von Vorteilen für das Endprodukt (z. B. Flugzeuge oder Autos) sowie für die Produktions– und Montagephase. Beispielsweise können größere Brückenelemente mit einem Standardkran bewegt werden, was die Bauzeit, die Komplexität und damit die Kosten erheblich reduziert. Deswegen wird auch immer öfter auf GFK-Brücken gesetzt.
#2 Hohe Festigkeit
Obwohl GFK ein relativ leichtes Material ist, bietet es als Verbundwerkstoff eine beeindruckende Festigkeit und Robustheit. Abhängig von der spezifischen Zusammensetzung des glasfaserverstärkten Kunststoffs kann die Festigkeit durchaus mit der von Stahl mithalten. Insbesondere Mischungen aus Endlosglasfasern und Polyesterharz als Matrix weisen eine hohe Festigkeit und Formstabilität auf.
#3 Beständigkeit
Bauteile aus GFK zeichnen sich durch eine hohe Beständigkeit gegen verschiedenste Einflüsse und Substanzen aus, was diesen Werkstoff besonders widerstandsfähig macht. Zu den vorteilhaftesten Eigenschaften zählen
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 ist ein oft diskutiertes Thema, sei es bei Fenstern, Wohnmobilen oder in der Nutzfahrzeugindustrie. Jedes Material hat seine Vor- und Nachteile, und je nach Anwendung kann ein scheinbarer Nachteil zum Vorteil werden. Ein Beispiel ist die elektrische Leitfähigkeit: Aluminium ist ein ausgezeichneter elektrischer Leiter und daher prädestiniert für den Einsatz in der Elektrotechnik, zum Beispiel als Leitermaterial in Mikrochips.
GFK hingegen leitet keinen Strom. Es hat sogar isolierende Eigenschaften und wird deshalb oft in der Nähe von Bahnlinien eingesetzt, um Arbeiter oder Passanten vor den Stromleitungen zu schützen. Ob die elektrische Leitfähigkeit als Vor- oder Nachteil angesehen wird, hängt also ganz vom spezifischen Anwendungsbereich 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 lässt GFK kaum Wünsche offen. Durch die richtige Wahl der Kunststoffmatrix und des geeigneten Produktionsverfahrens kann der Werkstoff für viele Anwendungen maßgeschneidert werden. Die Vorteile liegen klar auf der Hand. Vor allem die finanziellen Aspekte können bei der Entscheidung, GFK in die eigenen Produktionsprozesse zu integrieren, den Ausschlag geben: Die anfänglichen Kosten für das Material selbst werden schnell durch Einsparungen bei Verarbeitung, Transport und Wartung ausgeglichen.
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