Ein genauerer Blick auf Glasfasern in verstärktem Kunststoff

Wie wir in unserem letzten Beitrag besprochen haben, werden Kunststoffharzen Verstärkungsfasern zugesetzt, um die Zugfestigkeit zu erhöhen  Festigkeit und Biegemodul des Verbundwerkstoffs sowie die Wärmeformbeständigkeit des Kunststoffs. In diesem Blogbeitrag nehmen wir Glasfasern genauer unter die Lupe.

Glasfasern werden als Verstärkungsmittel für viele Kunststoffverbunde verwendet. Diese Materialien werden als GFK oder glasfaserverstärkte Kunststoffe bezeichnet und bestehen aus vielen feinen Glasfasern in Kombination mit einer Kunststoffmatrix. Diese Fasern werden in einem fünfstufigen Verfahren hergestellt: 

1)      Batching

Die zur Herstellung von Glasfasern verwendeten Materialien sind Kieselerde, Kalkstein und Soda. Siliziumdioxid ist das Hauptmaterial, das verwendet wird, um das Glas zu bilden, während Soda und Kalkstein verwendet werden, um die Schmelztemperatur zu senken. Andere Materialien werden verwendet, um verschiedene Eigenschaften zu verbessern. Borax wird beispielsweise verwendet, um das Glas chemikalienbeständiger zu machen. Abhängig von dem spezifischen Glas, das hergestellt wird, kann die Verarbeitung auch kalziniertes Aluminiumoxid, Feldspat, Nephelinsyenit, Magnesium, Kaolinton und Bor umfassen. Das Zusammenwiegen der Rohstoffe in genauen Mengen wird als Charge bezeichnet.

2)      Schmelzen

Die Charge wird in einem als Vorherd bezeichneten Ofen bei einer Temperatur von etwa 2500°F erhitzt. Die Temperatur muss sorgfältig kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass Glasfasern von guter Qualität hergestellt werden.

3)      Faserisierung

Zuerst wird das Glas extrudiert und dann geschwächt. Während des Extrusionsprozesses tritt das geschmolzene Glas aus dem Vorherd und durch eine Düse mit zwischen 200 und 8.000 sehr feinen Öffnungen. Es wird elektronisch erhitzt und durch Wasserstrahlen gekühlt, wenn die Filamente die Buchse bei etwa 1204 ° C/2200 ° F verlassen. Dämpfung ist der Prozess des mechanischen Ziehens der extrudierten Ströme geschmolzenen Glases in faserige Elemente, die als Filamente bezeichnet werden und jeweils weniger als ein menschliches Haar im Durchmesser haben.

4)      Beschichtung

In der letzten Verarbeitungsstufe wird eine chemische Beschichtung oder Schlichte aufgetragen.

5)      Verpackung 

Schließlich werden die beschichteten Filamente zu einem Bündel von 51 bis 1.624 Filamenten zusammengefasst, die auf eine Trommel gewickelt werden, um etwas zu bilden, das wie eine Fadenspule aussieht.   Diese Fässer werden dann in einem Ofen getrocknet und anschließend so wie sie sind versendet oder weiterverarbeitet, z. B. zu gehackte Fasern, Rovings oder Garne.

Es gibt verschiedene Arten von Glasfasern. Am gebräuchlichsten ist E-Glas, das „E“ genannt wird, weil es ursprünglich für elektrische Anwendungen verwendet wurde. Es handelt sich um Alumo-Borosilikatglas mit weniger als 1 Gew.-% Alkalioxiden. Es wird heute hauptsächlich zur Verstärkung von Kunststoffen verwendet. E-Glas war die erste Glasformulierung, die zur Herstellung von Endlosfilamenten verwendet wurde, und repräsentiert den größten Teil der Glasfaserproduktion der Welt. E-Glas ist alkalifrei und seine Herstellung stellt die weltweit größte Verwendung von Bor dar. Es ist anfällig für Chloridionen-Angriffe und ist daher eine schlechte Wahl für Marineanwendungen. Andere Typen sind A-Glas oder Alkali-Kalk-Glas mit wenig oder keinem Boroxid, E-CR-Glas bedeutet elektrische/chemische Beständigkeit mit Alumo-Kalk-Silikat und weniger als 1 Gew.-% Alkaioxiden. E-CR-Glasfasern weisen eine hohe Säurebeständigkeit auf. Eine andere Art ist C-Glas, wobei „C“ für „chemische Beständigkeit“ steht. C-Glas besteht aus Alkali-Kalk-Glas mit hohem Boroxidgehalt, das für Glasstapelfasern und Isolierungen verwendet wird. Bei T-Glas steht das „T“ für „Thermal Insulator“ und ist eine nordamerikanische Version von C-Glas. Es wird als mundgeblasenes Isolierglas verwendet. Darüber hinaus gibt es D-Glas oder Borosilikatglas mit niedriger Dielektrizitätskonstante, R-Glas („R“ für Verstärkung), also Alumosilikatglas ohne MgO und CaO mit hohen mechanischen Anforderungen. Schließlich enthält S-Glas oder steifes Glas Alumosilikatglas ohne CaO, aber mit MgO-Gehalt und weist eine hohe Zugfestigkeit auf. Es wird zum Bau von Gebäuden und als Epoxid-Verbundstoff für Flugzeuge verwendet.

Glasfasern sind im Gegensatz zu Kohlefasern nicht leitend. Obwohl sie nicht so stark oder steif sind wie Kohlefaser, sind sie viel billiger und weniger spröde. Glasfaser erhöht die Zugfestigkeit und den Biegemodul des Verbundwerkstoffs.

Glasfaserverbundwerkstoffe werden verwendet, um Badewannen, Boote, Wasser- und Klärgruben, Surfbretter, Angelruten, Teile von Autos, Ski, Surfbretter, Golfschläger, Schwimmbäder, Flugzeuge, Ruder, Möbel, die Betten von Röntgengeräten und sogar . herzustellen die Autos auf Fahrgeschäften.

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