3 Hersteller von faserverstärkte Kunststoffe im Jahr 2024

Was ist faserverstärkter Kunststoff?

Faserverstärkte Kunststoffe sind Faser-Kunststoff-Verbunde.

Faserverstärkte Kunststoffe werden durch Mischen von Matrixharzen wie Epoxidharzen mit Verstärkungsmaterialien wie Glasfasern hergestellt und sind als leichte und starke Materialien weit verbreitet. Sie werden auch in der Raumfahrtindustrie für Flugzeuge und andere Transportkomponenten, Baumaterialien, Sportgeräte, Raketen und Satellitenkomponenten verwendet.

Die physikalischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen variieren je nach dem verwendeten Matrixharz und dem Verstärkungsmaterial. Es ist daher wichtig, das für die jeweilige Anwendung am besten geeignete faserverstärkte Kunststoffe auszuwählen.

Anwendungen von faserverstärkten Kunststoffen

Faserverstärkte Kunststoffe werden in Flugzeugen und anderen Transportmitteln, chemischen Lagertanks, Baumaterialien, Sportgeräten und sogar in Raketen und Satelliten verwendet.

Die faserverstärkten Kunststoffe werden je nach zugesetzter Verstärkung unterschiedlich bezeichnet und weisen verschiedene Eigenschaften auf. Faserverstärkte Kunststoffe mit Glasfasern sind GFK.

GFK hat eine höhere spezifische Festigkeit als metallische Werkstoffe, ist leichter und durch den Glasanteil nicht leitend. CFK hingegen, das Kohlenstofffasern enthält, ist fester und härter als GFK, leitet aber Strom. Allen faserverstärkten Kunststoffen ist jedoch gemeinsam, dass sie leicht und fest sind.

Aufbau von faserverstärkten Kunststoffen (FRP)

Faserverstärkte Kunststoffe bestehen aus einem Matrixharz und einem Verstärkungsmaterial. Als Matrixharze werden ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze und Vinylesterharze verwendet.

Die ungesättigten Polyesterharze haben den Vorteil, dass sie sich leicht formen lassen und eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit aufweisen. Durch den Zusatz von Halogenen kann die Flammbeständigkeit erhöht werden.

Epoxidharze haben eine ausgezeichnete Säure- und Alkalibeständigkeit und chemische Beständigkeit, sind aber schwer zu formen. Vinylesterharze sind leicht zu formen und haben eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Bis-A-Harze haben eine schlechte Lösemittelbeständigkeit, aber eine ausgezeichnete Säure- und Laugenbeständigkeit, und Novolakharze haben eine schlechte Oxidationsbeständigkeit, aber eine ausgezeichnete Lösemittel- und Wärmebeständigkeit.

Arten von faserverstärkten Kunststoffen

Glasfasern, Kohlenstofffasern und Aramidfasern werden als Verstärkungsstoffe in faserverstärkten Kunststoffen verwendet. GFK mit Glasfasern hat eine höhere spezifische Festigkeit als Metall, ist nicht leitend und relativ kostengünstig.

CFK aus Kohlenstofffasern hingegen ist fester, leichter und härter als GFK, aber auch leitfähig. AFRP mit Aramidfasern ist leichter und fester, aber weniger gut zu verarbeiten.

Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Strukturen der verschiedenen Verstärkungen ist auch ihre Korrosionsbeständigkeit sehr unterschiedlich. Die Eigenschaften von GFK ändern sich auch mit der Qualität der verwendeten Glasfasern. Das in faserverstärkten Kunststoffen am häufigsten verwendete E-Glas hat einen sehr niedrigen Alkalimetallgehalt und eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit, aber bei Kontakt mit starken Säuren werden Bestandteile wie Al und Ca ausgelaugt, und es kommt zu Rissen.

Kohlenstofffasern hingegen werden von starken oxidierenden Chemikalien angegriffen, können aber in den meisten Umgebungen problemlos verwendet werden. Aramidfasern neigen bei Kontakt mit alkalischen Chemikalien aufgrund ihrer Amidbindungen ebenfalls zur Hydrolyse und werden durch UV-Licht leicht abgebaut.

Weitere Informationen zu faserverstärkten Kunststoffen (FRP)

Verarbeitbarkeit von faserverstärkten Kunststoffen

Faserverstärkte Kunststoffe aus Kohlenstofffasern (CFK) werden durch Imprägnieren der Kohlenstofffasern mit flüssigem, wärmehärtendem Epoxidharz, Ausschneiden von halbgehärteten Platten, Druckbeaufschlagung und Aushärtung in einem Autoklaven hergestellt. Diese Methode erfordert jedoch, dass die Fasern mit dem Matrixharz infiltriert werden, was ihre Anwendung bei thermoplastischen Harzen mit hoher Viskosität erschwert.

Andererseits werden Methoden zum Formen von CFK mit thermoplastischen Harzen noch erforscht, z. B. wird das Pressformen in Betracht gezogen. Bei diesem Verfahren werden Kohlenstofffasern, die thermoplastisches Harz enthalten, in einer Form erhitzt, transportiert und gepresst, dann abgekühlt und zur Verarbeitung geschnitten.

Allerdings gibt es bei diesem Verfahren noch einige Probleme, wie z. B. die Notwendigkeit einer Methode, CFK mit hoher Festigkeit sauber und ohne Klingenverschleiß zu schneiden.