GFK: Herstellungsverfahren, Eigenschaften und Anwendung

Die Mitte der 1930er Jahre entwickelten glasfaserverstärkten Kunststoffe (GFK) wurden zunächst für elektrische Hochtemperaturanwendungen eingesetzt. Im Jahr 1967 wurden die architektonischen Vorteile bei der versuchten Zerstörung des "House of the Future" in Disneyland entdeckt. Das futuristische Haus war vollständig aus Glasfaser gebaut, und als die Attraktion die Besucher nicht mehr anlockte, sollte es zerstört werden. Erstaunlicherweise prallte die Abrissbirne lediglich an der Struktur ab, was zur Entdeckung der Möglichkeiten von GFK führte. Bis 1994 wurden fast 300.000 Tonnen Verbundwerkstoffe in der Bauindustrie verwendet. Heute wird GFK in der Elektronik, der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Automobilindustrie und vielen anderen Bereichen eingesetzt und ist somit ein allgegenwärtiges Material.

1. Gemengebildung: In der Anfangsphase der GFK-Herstellung müssen die Materialien sorgfältig und in exakten Mengen abgewogen und gründlich gemischt (dosiert) werden. Mehr als die Hälfte der Mischung besteht aus Quarzsand, dem Grundbaustein für jedes Glas.
2. Schmelzen: Vom Gemengehaus aus wird das Gemisch über eine pneumatische Förderanlage zum Schmelzen in einen Hochtemperaturofen (ca. 1400 ºC) befördert. Der Ofen ist in der Regel in drei Abschnitte unterteilt und mit Kanälen versehen, die den Glasfluss unterstützen. Der erste Abschnitt nimmt das Gemenge auf, wo das Schmelzen stattfindet und die Gleichmäßigkeit erhöht wird, um sicherzustellen, dass es keine Blasen gibt. Die hohe Temperatur sorgt dafür, dass sich der Sand und die anderen Bestandteile im geschmolzenen Glas auflösen. Das geschmolzene Glas fließt dann in den Refiner, wo seine Temperatur auf 1370ºC gesenkt wird.
3. Faserung: Die Herstellung von GFK oder die Faserbildung erfolgt durch eine Kombination aus Extrusion und Dämpfung. Bei der Extrusion fließt das geschmolzene Glas aus dem Vorherd durch eine Buchse aus einer erosionsbeständigen Platinlegierung mit sehr feinen Öffnungen. Die Buchsenplatten werden elektronisch beheizt, und ihre Temperatur wird präzise gesteuert, um eine konstante Glasviskosität zu gewährleisten. Wasserstrahlen kühlen die Filamente beim Austritt aus der Buchse auf etwa 1204 ºC ab.Bei der Abschwächung werden die extrudierten Ströme geschmolzenen Glases mechanisch zu faserigen Elementen, den Filamenten, gezogen. Ein Hochgeschwindigkeitswickler fängt die geschmolzenen Ströme auf, und da er sich mit einer Umfangsgeschwindigkeit von ca. 3 km pro Minute dreht (viel schneller als das geschmolzene Glas, das aus der Düse austritt), wird eine Spannung erzeugt, die die Ströme zu dünnen Filamenten zieht.
4. Beschichtung: In der letzten Phase wird eine chemische Beschichtung aufgebracht. Diese macht in der Regel 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent aus und kann Schmiermittel, Bindemittel und/oder Haftvermittler enthalten. Die Gleitmittel tragen dazu bei, die Filamente vor Abrieb und Bruch zu schützen, wenn sie zusammenstoßen und zu Spulen gewickelt werden, und später, wenn die Filamente von Webern oder anderen Verarbeitern zu Geweben oder anderen Verstärkungsformen verarbeitet werden.
5. Trocknen und Verpacken: Abschließend werden die verstreckten, geschlichteten Filamente zu einem Bündel zusammengefasst und bilden einen Glasstrang, der aus 51 bis 1.624 Filamenten besteht. Der Strang wird auf einer Trommel zu einer Formspule aufgewickelt, die einer Garnspule ähnelt. Die von der Wasserkühlung und Schlichtung noch feuchten Formspulen werden anschließend in einem Ofen getrocknet. Danach können sie verpackt und versandt oder zu geschnittenen Fasern, Roving oder Garn weiterverarbeitet werden.

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