Welche sind die wichtigsten Rohstoffe für die FRP-Produktion?

Glasfaser: Die Kernverstärkung in GFK

Glasfaser dient als primäre Verstärkung in GFK und beeinflusst direkt die Qualität der GFK-Produkte. Zu ihren vielen vorteilhaften Eigenschaften zählt ein bemerkenswertes Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis: Sie ist deutlich leichter als Materialien wie Stahl und bietet eine vergleichbare strukturelle Festigkeit. Neben den Vorteilen hinsichtlich Festigkeit und Gewicht ist Glasfaser äußerst korrosionsbeständig.

Glasfaser wird auf unterschiedliche Weise bei der Herstellung von GFK eingesetzt. Für große GFK-Schichten, die in Infrastrukturen wie Wasserbehältern oder Brückenbauteilen verwendet werden, kommt gesponnenes Rovings zum Einsatz, da es dick und robust ist. Für komplexe Formen wie Sport- und Freizeitprodukte oder Baustoffe eignen sich Chopped Strands und Chopped Strand Mat besser, da sie leichter formbar sind. Milled Glass Fiber weist feine Partikel auf und wird in Harze eingearbeitet, um die Oberflächen von GFK-Produkten zu verbessern.

Polymere: Der Bindemittel in GFK

Durch Bindungspolymere verleihen Harze in GFK Form und strukturelle Integration. Selbst das "beste Fiberglas" ist nutzlos, wenn "Harze von schlechter Qualität" bei der Herstellung eines GFK-Produkts verwendet werden. Jedes einzelne Strang wird umhüllt, integriert und dicht ausgehärtet, wodurch eine Verbindung zu jedem Strang entsteht, anschließend erfolgt die Aushärtung.

Unterschiedliche Arten von Polymerharzen werden je nach spezifischer Anwendung des GFK-Produkts ausgewählt. Für Hochleistungsanwendungen wie Luftfahrtteile oder hochpräzise elektrische Komponenten eignen sich Epoxidharze am besten aufgrund ihrer starken Haftung und hohen mechanischen Festigkeit. Für Baustoffe, Transportteile sowie Sport- und Freizeitartikel genügen kostengünstigere und leichter zu verarbeitende Polyesterharze. Für chemische Anwendungen, beispielsweise Geräte, die harten Bedingungen standhalten müssen, sind Vinylesterharze aufgrund ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Festigkeit am besten geeignet. Sie stellen zudem eine Kombination aus Epoxid- und Polyesterharzen dar.

Die Langzeitleistung von GFK wird auch von der Qualität des Harzes beeinflusst. GFK-Produkte, die im Freien verwendet werden, wie beispielsweise Bauteile für Infrastruktur oder Gebäudeaußenwände, sind den Witterungseinflüssen ausgesetzt und erfordern witterungsbeständige Harze, damit Sonne, Regen und Temperaturschwankungen keine Materialdegradation verursachen. GFK-Bauteile, die für Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei bestimmten energiesparenden Geräten, müssen hitzebeständige Harze aufweisen.

Additive sind essentielle Rohstoffe in der GFK-Herstellung, die oft übersehen werden. Sie verbessern die Leistungsfähigkeit von GFK, um den Anforderungen einer spezifischen Anwendung gerecht zu werden. Ohne sie wären GFK-Produkte funktional starr und nicht in der Lage, sich an wechselnde Umwelt- und Funktionsanforderungen anzupassen.

Härtungsmittel gehören zu den häufigsten Additiven in der Verbundwerkstoffherstellung. Ein gut abgestimmtes Härtungsmittel steuert den Aushärtungsprozess von Harzen mit der gewünschten Geschwindigkeit und Temperatur, um die gewünschte Oberflächenqualität des Verbundstoffs zu erzielen. Ein optimal abgestimmtes Härtungsmittel stellt außerdem sicher, dass die Herstellungszeit für Faserverbundkunststoff-Produkte weder unnötig lang noch zu kurz ist, um eine Überhärterung oder ungleichmäßige Aushärtung mit Rissbildung zu vermeiden. UV-Stabilisatoren sind ebenfalls wichtige Additive. Sie verhindern, dass Faserverbundkunststoff-Produkte durch ultraviolette Strahlung verblassen, spröde werden und im Laufe der Zeit ihre strukturelle Integrität verlieren. Diese Eigenschaft ist besonders nützlich für im Freien eingesetzte Faserverbundkunststoff-Produkte, beispielsweise Bauteile für den Transportbereich oder Baumaterialien.

GFK-Produkte, die in öffentlichen Gebäuden eingesetzt werden, sowie solche, die für elektrische Anwendungen hergestellt werden, enthalten ebenfalls flammhemmende Zusatzstoffe. Diese Additive verringern die Entzündlichkeit des GFK und erhöhen somit die Sicherheit im Brandfall. Bei GFK-Anwendungen im chemischen Bereich werden Korrosionsinhibitoren hinzugefügt, um die Beständigkeit des Materials gegenüber Chemikalien zu verbessern und die Lebensdauer des Produkts in aggressiven chemischen Umgebungen zu verlängern. Die Kostensenkung wird durch den Einsatz von Füllstoffen erreicht, die ebenfalls als Additive fungieren. Beispielsweise kann die Steifigkeit des Verbundwerkstoffs durch Füllstoffe wie Calciumcarbonat oder Talk verbessert werden, wodurch nur eine geringfügige Verringerung der Festigkeit des Verbundwerkstoffs eintritt, was in bestimmten Fällen erwünscht sein kann.