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Was ist GFK für ein Material?

Das Kürzel GFK steht für glasfaserverstärkter Kunststoff, meint also ein Komposit aus Kunststoff und Glasfasern. Für den Faserverbundwerkstoff werden die Glasfasern als dünne Fäden aus geschmolzenem Glas gezogen. Was in Glasfaserkabeln die Datenübertragung beschleunigt, dient hier der hohen Stabilität. Für GFK werden die Verstärkungsfasern meist zu Glasfasermatten verbunden (nicht verwebt) und dann mit dem passenden Harz getränkt. Je nach späterem Verwendungszweck werden dafür zum Beispiel Polyesterharz, Epoxidharz oder Polyamid eingesetzt.

Die besonderen Eigenschaften von Glasfasern sind schon lange bekannt. Als Endlos-Glasfaser wurden sie seit 1930 in den USA industriell hergestellt, zunächst vor allem als Dämmstoff, der Glaswolle. Kein Wunder, dass sich „fiberglass“, das englische Wort für Glasfaser, in der umgangssprachlichen Bezeichnung für GFK niedergeschlagen hat: Fiberglas.

Im Unterschied zu normalen Kunststoffen wird der Faserverbundstoff GFK nicht spröde oder brüchig. Und wenn doch nach Jahrzehnten Gebrauchsspuren auftreten, lässt sich das Fiberglas Material gut schleifen und reparieren.

Die Vorteile von glasfaserverstärktem Kunststoff im Überblick

  • korrosionsfrei, rostet nicht
  • hohe Stabilität
  • hohe Flexibilität
  • leicht in Form gebracht
  • einfache Montage
  • leicht reparierbar
  • nicht stromleitend
  • geringes Eigengewicht
  • chemisch beständig
  • alterungsbeständig
  • witterungsbeständig, frostbeständig
  • UV-beständig
  • unbrennbar

Welche Branchen profitieren von dem stabilen Werkstoff?

1957 hob in Stuttgart die Phoenix ab: das erste Flugzeug aus GFK. Es machte sich die Vorzüge des Verbundstoffes zunutze, denn GFK ist witterungsbeständig und langlebig, aber sehr leicht. GFK punktet überall dort, wo Stabilität gebraucht wird, Eisen oder Stahl aber zu schwer wäre.

Besonders beliebt ist GFK deshalb in der Transportindustrie, zum Beispiel als Tank für die Lebensmittel- und chemische Industrie. Vom optimalen Qualitätsstandard profitieren auch Wassertanks. Erst recht gefragt ist die robuste Leichtigkeit zu Wasser und in der Luft: beim Bootsbau oder in der Luft- und Raumfahrt. Auch im Sport steht der Werkstoff für Erfolg mit Leichtigkeit.

GFK

Immer begehrter ist glasfaserverstärkter Kunststoff für die Bau- und Konstruktionsindustrie, er bewehrt Beton, hält Windkraft und Helikopter über Jahrzehnte hinweg in Schwung und lässt in Rohrsystemen Wasser und Abwasser sicher fließen.

Ideal ist GFK als sicheres Material im Kontakt mit aggressiven und ggf. wassergefährdenden Stoffen. Hier kommt nicht nur das niedrige Gewicht, sondern vor allem die chemische Beständigkeit zum Tragen. Wichtig zum Beispiel für GFK-Behälter von Gülle und Flüssigdünger in der Landwirtschaft, für GFK-Auffangwannen zur sicheren Lagerung von Öl- und Dieselfässern oder für Rohre im Bergbau für den Säuretransport.

Was ist in Ihrer Branche am wichtigsten? Die mechanische oder chemische Beständigkeit, die Resistenz gegenüber hohen Temperaturen oder ständiger Feuchtigkeit? Je nach Branche und Einsatzbereich werden unterschiedliche Glasarten als Ausgangsmaterial genutzt, aus dem dann die Glasfasern gezogen werden. Auch der Kunststoff wird entsprechend den Anforderungen gewählt. Als Matrix, welche die Fasern umgibt, eignen sich thermoplastische und duroplastische Kunststoffe. Wesentlich häufiger ist der Einsatz duroplastischer Kunststoffe, da sich GFK im Verbund mit diesen Harzen nach dem Aushärten nicht mehr verformen kann. In die verschiedenen Harze eingebettet werden die Glasfasern als Kurz-, Lang- oder Endlosfasern. Kurzfasern können einfach in den Kunstharz eingerührt werden, um im Spritzgussverfahren die verschiedensten Formen anzunehmen. Langfasern werden fließgepresst, während Endlosfasern oft zu Strängen gebündelt und als sogenannte Rovings oder in einem Gewebe in die Matrix eingebettet wird. Bauteile mit Webmatten aus Endlos-Glasfasern weisen die höchsten Steifheits- und Dichtigkeitswerte auf, sodass sie in technisch hochbelastbaren Bauteilen Verwendung finden.

Für Praktiker verschiedener Branchen hat die AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe  e.V. ein hilfreiches Nachschlagewerk herausgebracht: Handbuch Faserverbundkunststoffe. Grundlagen, Verarbeitung, Anwendungen. Springer Vieweg 2010.

gfk-aufbau

Wie stabil ist GFK?

Bei modernen Windkraftanlagen dreht sich das Ende des Rotorblattes mit 390 Kilometern in der Stunde. Entsprechend lässt sich ausmalen (oder auch ausrechnen), gegen wie viel Luftwiderstand die Rotorblätter über Jahrzehnte hinweg wirken müssen. Dazu sind sie unentwegt der Witterung ausgesetzt, offshore bedeutet das neben Regen und Eis Starkwinde und Salzwasser. Dass die Rotorblätter in der Regel aus GFK gefertigt werden, steht exemplarisch für die hohe Stabilität des Verbundstoffes.

Wie stabil genau GFK ist, hängt von der genauen Zusammensetzung des Verbundstoffes ab und auch davon, ob den Glasfasern Epoxid- oder Polyesterharz zugesetzt wird. Dies entscheidet sich nach den Anforderungen in der jeweiligen Anwendung. Gefragt ist oft eine besondere Kombination: Der glasfaserverstärkte Kunststoff soll hart und widerstandsfähig sein, zugleich aber auch flexibel und elastisch. Diese Fähigkeit prädestiniert GFK nicht nur als Werkstoff für Rotorblätter, sondern beispielsweise auch für Violinbögen, Angelruten und Blattfedern im Fahrzeugbau. Hier speist sich die hohe Stabilität aus einer hohen Bruchdehnung und einer hohen elastischen Energieaufnahme. Und im Vergleich zur Stahlfeder werden 80 Prozent Gewicht eingespart.

Wie schädlich ist GFK und wie gefährlich ist es mit Glasfaser zu arbeiten?

Das Dämmmaterial aus Glasfasern, die Glaswolle, wurde zunächst als praktische Dämmplatte gefeiert, dann als krebserregend verteufelt. Daher fragen sich viele: Ist auch GFK giftig? Die Antwort vorweg: Nein. Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind gesundheitlich völlig unbedenklich.

Übrigens gilt auch nur alte Glaswolle als krebserregend. Glaswolle, die nach 1995 produziert wurde, darf keine karzinogenen Stoffe mehr enthalten. Zudem sind die Fasern nicht mehr so fein und schonen damit die Lunge.

Auch bei GFK können Sie sich sicher sein: Die Glasfasern enthalten keine gesundheitsgefährdenden Stoffe. Trotzdem entstehen bei der Bearbeitung ggf. Stäube und feine Fasern. Beim Schleifen von GFK, etwa wenn Sie ein altes GFK-Boot restaurieren, sollten Sie eine Atemschutzmaske tragen, damit sich keine Feinstäube in der Lunge festsetzen. Zudem empfiehlt sich das Schleifen unter fließendem Wasser.

Da die Bedeutung von GFK in der Industrie ständig wächst, wird gerade viel geforscht zu sinnvollen Recyclingverfahren des Werkstoffs. Trotz aller Langlebigkeit erreicht der Werkstoff irgendwann das Ende seines Produktlebenszyklus. Oder es werden beispielsweise Rotorblätter ausgetauscht, weil eine neue Generation an Windrädern an den Start geht. Deshalb werden Lösungen entwickelt, wie glasfaserverstärkte Kunststoffe dem Werkstoffkreislauf effizient wieder zugeführt werden können.