Pultrudiertes glasfaserverstärktes Kunststoff (FRP): Hochfeste, langlebige neue Produktlinie vorgestellt

FRP steht für faserverstärkter Kunststoff oder faserverstärktes Polymer. FRP besteht aus einem definierten Polymer, das mit Fasern verstärkt wurde. Faserzusammensetzungen sind typischerweise glas-, karbon- oder aramidbasiert, während das Polymer meist ein Epoxid-, Vinylester- oder Polyester-Duroplast ist. FRP nutzt spezifisch das Fasermaterial, um die Festigkeit des ursprünglichen Harzes (auch Matrix genannt) mechanisch zu erhöhen.

Das Ausmaß, in dem Festigkeit in faserverstärkten Kunststoffen erreicht wird, hängt von den mechanischen Eigenschaften sowohl der Faser als auch der Matrix ab, ihren Konzentrationen zueinander, sowie der Faserlänge und -orientierung/Richtung innerhalb der Matrix.

Es gibt eine Vielzahl von Formprozessen, bei denen verstärkendes Fasermaterial mit der Matrix kombiniert wird, um eine FRP-Form zu erzeugen. Solche Prozesse umfassen Blasenformen, Pressformen, Autoklav/Vakuumbeutel, Mandrel-Wickeln, Nasslegung, Chopper-Gun, Filamentwickeln und Pultrusion. Pultrusion soll der Fokus dieses Artikels sein, da sie zum Fertigungsprozess der Wahl für faserverstärkte Kunststoffe bei Craftech Industries geworden ist.

Was ist Pultrusion?

Einfach ausgedrückt, ist Pultrusion ein Formprozess, bei dem verstärkendes Fasermaterial wie Glasfaser-Roving, Matte oder Gewebe durch ein Nassbad aus Harz (typischerweise Polyester oder andere duroplastische Harzmatrizen) gezogen wird, in dem alles Material gründlich mit dem flüssigen Harz imprägniert wird. Das resultierende nasse Faserbündel wird in die gewünschte Form gebracht und „gezogen“ durch einen beheizten Stahldorn. Im Dorn beginnt der Aushärtungsprozess durch präzise Steuerung erhöhter Temperaturen. Das Laminat erstarrt in der exakten Kavitätenform des verwendeten Dorns, während es kontinuierlich durch die Pultrusionsanlage „gezogen“ wird. Siehe Video unten.

Glasfaser-Roving liefert die hohe Längsfestigkeit pultrudierter Produkte. Zusätzlich liefert das Roving die Zugfestigkeit, die erforderlich ist, um die anderen Verstärkungen (wie Matte) durch den Dorn zu ziehen. Endlosstrangmatte liefert den hohen Grad transversaler physikalischer Eigenschaften, die in pultrudierten Produkten beobachtet werden. Es ist wichtig zu beachten, dass da Pultrusion ein Niedrigdruckprozess ist, die Glasfaserverstärkungen normalerweise nahe der Produktoberfläche erscheinen. Dies kann Erscheinung, Widerstandseigenschaften oder Handhabung der FRP-Produkte beeinflussen. Oberflächenvliese können der Laminatkonstruktion hinzugefügt werden, um die Fasern von der Oberfläche zu verdrängen und ein harzreiches Finish hinzuzufügen.

Warum pultrudierte faserverstärkte Kunststoffe verwenden?

Faserverstärkte Kunststoffe haben viele wünschenswerte Qualitäten, besonders was Festigkeit und chemische Beständigkeit betrifft. Viele Designingenieure wählen den Pultrusionsprozess, weil er Produkte liefert, die viele moderne Probleme durch ihre hohe Festigkeit, Leichtbau und wartungsfreie Eigenschaften lösen.

MERKMALE	BESCHREIBUNG	VORTEILE
Festigkeit	Einheitsfestigkeit in Zug, Biegung und Druck ist ca. 20-mal so hoch wie Stahl, wenn Eigenschaften auf Basis Einheitsdichte kombiniert werden.	Strukturelle Designfähigkeiten Optionale Festigkeit in gewünschten Richtungen Außergewöhnlich hohe Schlagfestigkeit
Leichtbau	Dichte von FRP ist ca. 20 % von Stahl und 60 % von Aluminium.	Höhere Performance bei weniger Gewicht Reduzierte Frachtkosten Reduzierte operative Energieanforderungen Reduzierte Arbeitskosten für Installation Einfache Handhabung/Einfache Installation
Korrosionsbeständigkeit	FRP ist unbeeinflusst von einer breiten Palette korrosiver Chemikalien und Umgebungen.	Minimale Wartungskosten Langzeitsicherheit Installations-Langlebigkeit und erhöhte Lebensdauer Außenlagerfähigkeit Niedrigeres Kosten-Leistungs-Verhältnis
Elektrische Isolierung	Strukturelle Festigkeit und Steifigkeit werden durch dielektrisches Material bereitgestellt.	Weniger Komponenten für Baugruppen Nicht-magnetisch Vorhersagbare Isolationswerte
Teilkonsolidierung	Viele Einzelkomponenten können in ein größeres Profil kombiniert werden.	Reduzierte Montagekosten Reduzierte Lageranforderungen Glatte aerodynamische Oberflächen Verbesserte Zuverlässigkeit
Dimensionsstabilität	Dehnungs-, Verzugs- und Quellbeständig über breiten Temperatur- und physikalischen Stressbereich.	Reduzierte Schäden an Struktur-Baugruppen Enge Toleranzen
Thermische Isolierung	Niedrige Wärmeleitfähigkeit von 1/250 von Aluminium; 1/60 von Stahl	Reduzierte Isolationsdicken-Anforderungen Reduzierte Energiebetriebsanforderungen Keine Kondensationsprobleme

Diese attraktiven Eigenschaften machen FRP zur bevorzugten Verbundwerkstoffwahl für viele Anwendungen in Branchen wie Bau/Industrie, Automobil, Konsumgüter, Abwasserbehandlung, Elektronik und Marine, um nur einige zu nennen. Einige spezifische Anwendungen innerhalb dieser Branchen sind wie folgt:

Bau/Industrie

• Brücken
• Schottenrahmen
• Kabelrinnen
• Komplett-Gebäudesysteme
• Kühlturmkomponenten
• Bodenstützen
• Rohrstützen
• Vorfertigte Gehwege, Plattformen und Geländersysteme
• Fachwerke & Träger
• Windflügel
• Fensterrahmen

Automobil

• Automobilfedern
• Automobil-Blattfedern & Stoßfänger
• Buskomponenten
• Bus-Fensterverriegelungsträger
• Dunnage-Stangen
• Rolltüren/Rolltür-Paneele
• Federstoßfänger
• Tankträger
• LKW/Anhänger-Wandpfosten

Konsumgüter

• Leitern
• Lichtmasten
• Mopp-, Besen- und Bürstenstiele
• Baumscheren-Stiele
• Rechen-/Schaufelstiele

Abwasserbehandlung

• Zellentrennwände
• Waschkomponenten
• Fahrbare Wassersiebe
• Wasser/Abwasser-Behandlungsschlamm-Flights

Elektronik

• Verbund-Nutzungsmasten
• Traversen
• Überweg-Schrankenarme
• Elektrogehäuse
• Nebelabscheider
• Montagewinkel & Rückwände
• Schaltanlagenkomponenten
• Drittschienen-Abdeckungen
• Kühlraum-Türzargen

Marine

• Boot-Dock-Strompfosten
• Fender-Pfähle
• Spundwände
• Seewand/Pylon-Design

Viele faserverstärkte Kunststoffprodukte sind verfügbar. Wählen Sie aus Standard-Polyester, flammwidrigem Polyester oder flammwidrigem Vinylester für noch höhere Leistungsanforderungen. Mit der Vielseitigkeit des Pultrusionsprozesses können Harzmischungen, Verstärkungsgehalt und ihre Kombination erhöht werden, um spezifische Eigenschaften in einem Profil zu erreichen.

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