Faserverstärkter Kunststoff verstehen

Heute hat der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen in Produkten und Anwendungen aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften einen dramatisch hohen Stellenwert. Sie sind eine relativ neue Klasse von nicht korrosiven, hochfesten und leichten Materialien. Die Hauptkomponente ist Kunststoff, der Fasern wie Glas (in Glasfaser), Kohlenstoff (in kohlefaserverstärktem Polymer), Aramid oder Basalt enthält. Andere Fasern wie Papier, Holz oder Asbest werden ebenfalls verwendet, sind aber nicht üblich.

Faserverstärkte Kunststoffe oder Polymere (FRPs) werden üblicherweise in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Schiffs- und Bauindustrie verwendet. All dies wird in diesem Artikel näher erläutert.

Heute gehen wir eingehend auf die Definition, Anwendungen, Komponenten, Eigenschaften, Typen, Umformverfahren und Materialanforderungen von faserverstärkten Kunststoffen ein. Außerdem lernen wir ihre Vor- und Nachteile kennen.

Was sind faserverstärkte Kunststoffe?

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK), auch faserverstärkte Polymere genannt, werden als Verbundkunststoffe kategorisiert, die speziell Fasermaterialien verwenden, um die Elastizität und Festigkeit des Kunststoffs mechanisch zu erhöhen. Sie bestehen aus einer Polymermatrix, dem ursprünglichen Kunststoff (normalerweise zäh, aber schwach). Das Material wird mit Verstärkungsmaterial gemischt, um ein Endprodukt mit den gewünschten Material- oder mechanischen Eigenschaften zu ergeben. Lassen Sie uns dies im Detail verstehen!

Herkömmlicherweise wird ein Polymer im Allgemeinen durch das Verfahren der Polymerisation oder Additionspolymerisation gebildet. Es kann mit verschiedenen Mitteln kombiniert werden, um seine Materialeigenschaften zu verbessern oder zu erhöhen, was dann als Kunststoff bezeichnet werden kann. Verbundkunststoffe sind Kunststoffarten, die aus zwei oder mehr homogenen Materialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften resultieren, um ein Endprodukt mit bestimmten gewünschten Material- und mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Ein gutes Beispiel für einen Verbundkunststoff ist faserverstärkter Kunststoff, da Fasermaterialien verwendet werden, um die Festigkeit und Elastizität von Kunststoffen mechanisch zu verbessern. Das Polymer ist normalerweise ein wärmehärtender Vinylester- oder Polyester-Kunststoff, es werden auch Epoxid-, Phenol-Formaldehyd-Harze verwendet.

Anwendungen eines faserverstärkten Kunststoffs

Nachfolgend finden Sie die Anwendungen von FRP in verschiedenen Bereichen.

Automobilindustrie

Faserverstärkter Kunststoff ist zum Ersatz von Metall in den Karosserien moderner Luxusautos und LKW- und Anhängerkarosserien geworden. Denn sie haben fast die gleiche Festigkeit, aber ein unterschiedliches Gewicht, außerdem ist ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis der heilige Gral für die Automobilindustrie. GFK haben höhere Bruchpunkte als Stahl und sind ein starkes, steifes und leichtes Material, das den Kraftstoffverbrauch verbessert und gleichzeitig die Geschwindigkeit erhöht. Das Material lässt sich leicht formen, um die gewünschten Komponenten zu bilden. Die Verwendung dieses Verbundkunststoffs ist in diesem Bereich dramatisch hoch.

Für Motorkomponenten wie den Ansaugkrümmer wird eine Art faserverstärkter Kunststoff wie Glas-FVK verwendet. Dadurch wird das Gewicht um bis zu 60 % reduziert und das Design gestrafft. Obwohl Glas-FVK im Vergleich zu Kohlenstoff-FVK schwächer sind und leicht gebogen werden können.

Konsumgüter

Heutzutage ist es in unserem täglichen Leben einfacher, Ausrüstung zu heben, insbesondere für Sportler. Dies liegt daran, dass Kohlenstoff und andere faserverstärkte Kunststoffe zur Herstellung von Waren verwendet werden. Fast 6 % der FVK werden zur Herstellung von Konsumgütern verwendet. Auch andere Artikel wie Musikinstrumente oder deren Komponenten, Schusswaffen, Campingzelte und Kamerastative haben von diesen Materialien profitiert.

Schutzausrüstung

Bei der Verwendung von sogenannten Aramiden in FVK entsteht ein extrem wärme- und schlagfestes Material. Bei Verwendung wird eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit erzielt. Aus diesem Grund eignet es sich perfekt für die Herstellung von kugelsicheren und feuerfesten Anzügen, Explosionsschutzfahrzeugen und -strukturen.

Baugewerbe

Der Baubereich hat etwa 20 % faserverstärkte Kunststoffe einschließlich Brücken und Straßen übernommen. Die Anwendung von FRPs im Bauwesen kann verwendet werden, um Platten, Säulen oder Träger bestehender Strukturen nachzurüsten. Dadurch wird die Tragfähigkeit erhöht oder Schäden repariert. Faserverstärkter Kunststoff ist äußerst kostengünstig und nützlich, wenn es darum geht, ältere Konstruktionen auszustatten, die weitaus größeren Belastungen ausgesetzt sind, als sie ursprünglich vorgesehen waren.

GFK werden auch zur Herstellung von Autobahnstrukturen wie Schildern, Leitplanken, Entwässerungssystemen und Brückendecks verwendet. Auto Skyways, Strommasten und Pipelines für Gas, Wasser und Abwasser nutzen ebenfalls das Material. Faserverbundwerkstoffe eignen sich zwar perfekt für den Bau von Fertighäusern, werden jedoch häufig für Haushalts- und Büromöbel, Haushaltsgeräte, Schwimmbäder, Regenrinnen, Badezimmerausstattung sowie Rohrformstücke und -hauben verwendet.

Energiewirtschaft

Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach GFK in Industrie- und Energieanwendungen um über 300 % wachsen wird. Besonders in elektronischen und elektrischen Komponenten.

Die meisten GFK sind gute elektrische Isolatoren, vertragen robuste Umweltchemikalien, einschließlich korrosiver, und können einer Verschlechterung durch Hitze widerstehen. Außerdem sind sie relativ unbrennbar, haben eine gute strukturelle Integrität und können sogar ultraviolette Strahlung tolerieren. Glas-FRPs sind nicht magnetisch und können auch Funkenbildung widerstehen, was sie für Leistungskomponenten nützlich macht.

Schließlich werden verstärkte Kunststoffe zum Bau von Windturbinenblättern und für die Speichermodule von Gastanks verwendet.

Luft- und Raumfahrtanwendungen

Die Anwendungen von FVK im Luft- und Raumfahrtbereich nehmen aufgrund geringerer Umweltkosten und Weiterentwicklung zu. Kohlefasern in GFK reduzieren das Gewicht um 25 %, gewährleisten aber im Vergleich zu Aluminiumblechen eine gleiche oder höhere Festigkeit. Sie bieten eine gute Zugfestigkeit und können rauen Umgebungen und extrem hohen Temperaturen standhalten. Sie dehnen sich jedoch bei Wärme nur wenig aus und besitzen eine hohe Steifigkeit.

Die Anwendung von FVK in der Luft- und Raumfahrtindustrie ist zunächst teuer, spart aber immer noch mehr Geld, da jedes Gramm zusätzliches Gewicht aufgrund der Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch, die Reiselänge und -kosten, die aerodynamische Sicherheit usw. verschmäht wird.

Mit Kohlenstoff-FRPs können komplexe Teile einfach geformt werden, wodurch die Anzahl der Teile um erstaunliche 95 % reduziert wird. Dies macht die Produktion im Vergleich zu anderen Materialien wie Stahl oder Aluminiumguss einfacher, billiger und schneller. Moderne Riesenflugzeuge bestehen zu über 50 % aus Carbon-FVK, auch Teile wie Helikopter-Rotorblätter von High-End-Drohnen werden zunehmend aus dem Material gefertigt.

Meeresinfrastruktur

Das faserverstärkte Polymer hat sich zum idealen Ersatz für Holz, auf Schiffen oder in Meeresnähe entwickelt. Dies trägt dazu bei, ein reduziertes Strukturgewicht zu erhalten und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Andere Anwendungen umfassen schwimmende Dämme und Plattformen für Meeresstützpunkte und Rollbrücken.

Komponenten von Verbundwerkstoffen

Nachfolgend sind die Komponenten aufgeführt, aus denen faserverstärkter Kunststoff besteht.

Fasern:

Eine ausgewählte Faser steuert normalerweise die Eigenschaften von Verbundmaterialien. Die drei Haupttypen von Fasern, die im Bauwesen verwendet werden, umfassen Kohlenstoff, Glas und Aramid. Es wird oft nach der Verstärkungsfaser benannt, zum Beispiel CFK für Carbon Fiber Reinforced Polymer. Die häufigsten und wichtigsten Eigenschaften, die Fasertypen unterscheiden, sind Zugdehnung und Steifigkeit.

Matrizen

Die Matrix kann Kräfte zwischen den Fasern übertragen und schützt sie vor schädlichen Einflüssen. Hier kommen fast ausschließlich duroplastische Harze zum Einsatz. Die gebräuchlichsten Matrizen sind Vinylester und Epoxid. Brunnen. Epoxid wird oft gegenüber Vinylester bevorzugt, ist aber auch teurer. Epoxidmatrizen haben eine Topfzeit von etwa 30 Minuten bei 20 Grad Celsius, können aber mit anderen Formulierungen geändert werden. Es hat eine gute Festigkeit, Bindung, Kriecheigenschaften und chemische Beständigkeit.

Abb. 2:Fiber Plus Matrix produziert GFK

Weiterhin ist der ursprüngliche Kunststoff ohne Faserverstärkung als Matrix oder Bindemittel bekannt. Diese Matrix ist ein zäher und auch relativ schwacher Kunststoff, der durch stärkere, steifere Verstärkungsfäden oder -fasern verstärkt ist. Der Grad an Festigkeit und Elastizität, der in einem faserverstärkten Kunststoff erhöht wird, hängt von den mechanischen Eigenschaften von Matrix und Faser ab. Auch deren Volumen zueinander sowie die Faserlänge und Orientierung innerhalb der Matrix werden berücksichtigt. Eine Verstärkung der Matrix tritt per Definition auf, wenn das FRP-Material eine erhöhte Festigkeit oder Elastizität im Vergleich zur Festigkeit und Elastizität der Matrix allein aufweist.

Gemeinsame Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe

Wie bereits erwähnt, hängen die Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe von Faktoren wie den mechanischen Eigenschaften der Matrix und der Faser ab. Das Volumen von beiden und ihre Länge und Orientierung der Fasern in der Matrix.

Der Grund, warum GFK weithin in Betracht gezogen werden, ist ihr geringes Gewicht, aber sie sind unglaublich stark und haben eine gute Ermüdung. Auch seine Auswirkungen und Kompressionseigenschaften sind ein einzigartiger Grund. Aus diesem Grund war die Automobilindustrie in der Lage, Metalle durch leichtere Materialien zu ersetzen, um die Autos nicht nur stärker, sondern auch schneller und sparsamer zu machen.

Faserverstärkte Kunststoffe weisen außerdem ausgeprägte elektrische Eigenschaften und eine hochgradige Umweltbeständigkeit auf, zusammen mit einer guten Wärmedämmung, strukturellen Integrität, Feuerfestigkeit, UV-Strahlungsstabilität und Beständigkeit gegen Chemikalien und korrosive Stoffe. Nun, all dies wurde oben erwähnt.

Materialanforderungen oder gängige Fasermaterialien

Unten sind die Fasern aufgeführt, die verwendet werden, um eine bestimmte Art von verstärktem Polymer zu erhalten.

Glas:

Glas, das als guter Isolator wirkt, bildet in Verbindung mit der Matrix glasfaser- oder glasfaserverstärkte Kunststoffe. Glasverstärkte Kunststoffe sind für die Energiewirtschaft von Vorteil, da sie kein Magnetfeld haben und widerstandsfähig gegen elektrische Funken sind. Sie werden in Ansaugkrümmer von Motoren integriert, wo sie eine Gewichtsreduzierung von 60 % gegenüber Aluminiumgusskrümmern bieten. Schließlich werden für diese Materialien eine verbesserte Oberflächenqualität und Aerodynamik erzielt.

Das Glas-FRP wurde auch in Gas- und Kupplungspedalen in Autos verwendet, da sie zu einer einzigen Einheit geformt werden können. Die Fasern sind so ausgerichtet, dass sie spezifischen Belastungen standhalten, was die Haltbarkeit und Sicherheit erhöht. Diese verstärkten Materialien sind jedoch nicht fest, steif oder spröde wie kohlefaserverstärkte Materialien. Die Herstellung kann teuer sein.

Kohlenstoff

Kohlenstofffasermaterialien weisen eine hohe Zugfestigkeit, chemische Beständigkeit, Steifheit und Temperaturtoleranz auf. Kohlenstoffatome erzeugen Kristalle, die entlang der Faserachse liegen, was dazu beiträgt, die Materialien zu stärken, indem das Verhältnis von Festigkeit zu Volumen erhöht wird. Wie bereits erwähnt, werden kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe in Sportartikeln, Segelflugzeugen, Angelruten usw. verwendet.

Carbon FRPs wurden in die Ruder eines Airbus A310 integriert, was dazu beigetragen hat, die Anzahl der Komponenten um 95 % zu reduzieren. Die einfachen Formteile haben die Produktionskosten und die Betriebskosten gesenkt. Sie sind jetzt 25 % leichter als die aus Aluminiumblech hergestellten, wodurch sie kraftstoffsparender sind.

Aramide  

Aramide werden als synthetisches Polyamid klassifiziert, das aus aromatischen Monomeren (ringförmigen Molekülen) gebildet wird. Dies weist eine robuste Hitzebeständigkeit auf, weshalb sie für kugelsichere und feuerfeste Kleidung verwendet werden.

Aramide werden im Allgemeinen durch die Reaktion zwischen einer Amingruppe und einer Carbonsäurehalogenidgruppe (Aramid) hergestellt. Diese liegt vor, wenn ein aromatisches Polyamid aus einer flüssigen Konzentration von Schwefelsäure zu einer kristallisierten Faser gesponnen wird. Die Fasern werden dann zu größeren Fäden gesponnen, um sie zu großen Seilen oder gewebten Stoffen zu weben. Aramidfasern können je nach Stärke und Steifigkeit in unterschiedlichen Qualitäten hergestellt werden, sodass das Material spezifische Designanforderungen erfüllen kann, z. B. das Schneiden des zähen Materials während der Herstellung.

Arten von faserverstärktem Polymer (FRP)

Nachfolgend sind die wichtigsten Arten von faserverstärkten Polymeren aufgeführt.

Glasfaserverstärktes Polymer (GFRP)

Glasfasern werden aus Quarzsand, Kalkstein, Folsäure und einigen anderen Nebenbestandteilen gemischt. Diese Mischung wird erhitzt, bis sie bei etwa 1260 ⁰ schmilzt C. Das geschmolzene Glas wird durch feine Löcher in einer Platinplatte fließen gelassen. Die Glasstränge werden gekühlt, gesammelt und aufgewickelt. Die Fasern können dann gezogen werden, um ihre Formfestigkeit zu erhöhen. Es wird dann in verschiedene Formen zur Verwendung in Verbundwerkstoffen gewebt.

Aus Glas hergestellte Fasern gelten als die vorherrschende Verstärkung für Polymermatrix-Verbundwerkstoffe, basierend auf einer Aluminium-Kalk-Borsilikat-Zusammensetzung. Dies liegt an ihren hohen elektrischen Isoliereigenschaften, guten mechanischen Eigenschaften und geringer Anfälligkeit.

Im Allgemeinen ist Glas eine gute stoßfeste Faser, wiegt aber mehr als Kohlenstoff oder Aramid. Glasfasern haben in bestimmten Formen hervorragende Eigenschaften, die denen von Stahl gleich oder besser sind.

Glasfaserverstärkte Polymerstangen

Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK)

Bei einem kohlefaserverstärkten Polymer oder Kunststoff ist ein hoher Elastizitätsmodul von etwa 200–800 GPa sicher. Die extreme Dehnung beträgt 0,3-2,5 %, wobei die geringere Dehnung der höheren Steifigkeit entspricht und umgekehrt.

Kohlefasern sind gegen viele chemische Lösungen beständig und nehmen kein Wasser auf. Auch Ermüdungserscheinungen können sie hervorragend standhalten und weder korrodieren noch Kriechen oder Relaxation zeigen.

Kohlefaserverstärkte Polymerstangen

Aramidfaserverstärktes Polymer (AFRP)

Aramid ist auch als aromatisches Polyamid bekannt. Ein bekanntes Warenzeichen von Aramidfasern heißt Kevlar, aber es gibt auch andere Produkte wie Twaron, Technora und SVM. Der Modul der Fasern reicht je nach Qualität von 70-200 GPA mit einer Bruchdehnung von 1,5-5%. Aramid hat eine hohe Bruchenergie, weshalb es für Helme und kugelsichere Kleidungsstücke verwendet werden kann.

AFRP ist empfindlich gegenüber erhöhten Temperaturen, Feuchtigkeit und UV-Strahlung und ist bei Tiefbauanwendungen nicht üblich. Schließlich haben Aramidfasern Probleme mit Relaxation und Spannungskorrosion.

Eigenschaften verschiedener GFK-Typen im Vergleich zu Stahl

Der Umformprozess von faserverstärktem Kunststoff

Die meisten faserverstärkten Kunststoffteile werden mit einer Form oder einem Werkzeug hergestellt. Als Form können konkave Matrizen oder Patrizen verwendet werden, oder das Teil kann vollständig mit einer Ober- oder Unterform umschlossen werden. Aber eine starre Struktur wird normalerweise verwendet, um die Form von GFK-Komponenten festzulegen. Teile können entweder auf flache Oberflächen, die als „Druckplatte“ bekannt sind, oder auf eine zylindrische Struktur, die als „Dorn“ bezeichnet wird, gelegt werden.

Die Formgebungsprozesse von faserverstärkten Kunststoffen erfolgen durch Anordnen des Faservorformlings auf oder in der Form. Dieser Faservorformling kann eine Trockenfaser oder eine Faser sein, die bereits eine abgemessene Harzmenge enthält, die als „Prepreg“ bekannt ist. Die trockenen Fasern werden entweder von Hand mit Harz benetzt oder das Harz wird in eine geschlossene Form gespritzt. An diesem Punkt wird das Teil ausgehärtet, wobei die Matrix und die Fasern genau wie die Formform verbleiben. Eine andere Methode zum Aushärten des Harzes und zur Verbesserung der Qualität des fertigen Teils ist die Verwendung von Hitze und/oder Druck.

Sehen Sie sich die folgenden Videos an, um mehr über den Umformprozess von faserverstärkten Kunststoffen zu erfahren:

Nachfolgend sind die verschiedenen Verfahren zum Formen von faserverstärktem Kunststoff aufgeführt.

Blasenformen:

Bei diesem Formungsprozess werden einzelne Bahnen aus Prepreg-Material aufeinander gelegt und zusammen mit einer ballonartigen Blase in eine weibliche Form gelegt. Die Form wird dann geschlossen und in eine beheizte Presse gegeben. Schließlich wird die Blase unter Druck gesetzt, wodurch die Materialschicht gegen die Formwände gedrückt wird.

Formpressen:

Ein Formpressteil wird als faserverstärkter Kunststoff bezeichnet. Also, wenn ein Rohstoff wie Plastikblock, Gummiblock, Plastikfolie oder Granulat ist, wird es so genannt. Der beim Formpressen verwendete Kunststoffvorformling enthält keine Verstärkungsfasern. Bei diesem Formen wird ein Vorformling oder eine Charge aus SMC oder BMC in den Formhohlraum eingebracht. Anschließend wird die Form geschlossen und das Material durch Hitze und Druck geformt und im Inneren ausgehärtet. Das Formpressen ist bekannt für seine hervorragende Detaillierung geometrischer Formen, die von Muster- und Reliefdetails über komplexe Kurven und kreative Formen bis hin zur Feinmechanik reichen.

Autoklav und Vakuumbeutel:

Jede Bahn aus Prepreg-Material wird aufgelegt und in eine offene Form gelegt, die dann mit Trennfolie, Entlüftungs- oder Atmungsmaterial und einem Vakuumbeutel bedeckt wird. An dem Teil wird ein Vakuum angelegt und die Form in einen Autoklaven, auch als Heißdruckbehälter bekannt, gestellt. Das Teil wird mit einem kontinuierlichen Vakuum ausgehärtet, um eingeschlossene Gase aus dem Laminat zu entfernen. Dieses Verfahren ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie üblich, da es aufgrund eines langen, langsamen Aushärtungszyklus eine präzise Kontrolle über das Formen bietet. Die Dauer reicht von einer bis zu mehreren Stunden. Diese präzise Steuerung trägt dazu bei, die exakten geometrischen Formen des Laminats zu erzeugen, die zur Gewährleistung von Festigkeit und Sicherheit in der Luft- und Raumfahrtindustrie erforderlich sind. Es ist jedoch langsam und arbeitsintensiv, das heißt, die Kosten beschränken es oft auf die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Dornwicklung:

Bei diesem Umformprozess von faserverstärktem Kunststoff werden Bahnen aus Prepreg-Material um einen Dorn aus Stahl oder Aluminium gewickelt. Dieses Prepreg-Material wird durch Polypropylen-Celloband oder Nylon verdichtet. Die Teile werden chargenweise durch Vakuumbeuteln und Aufhängen in einem Ofen ausgehärtet. Nach dem Aushärten werden das Celloband und der Dorn entfernt, wobei ein hohles Kohlenstoffband zurückbleibt. Dies hilft bei der Herstellung starker und robuster hohler Kohlenstoffrohre.

Nassaufbau:

Dieser Umformprozess kombiniert die Faserverstärkung und die Matrix, während sie auf dem Umformwerkzeug platziert werden. Verstärkungsfaserschichten werden in eine offene Form gelegt, die dann mit einem nassen Harz getränkt wird, indem es über das Gewebe gegossen und in das Gewebe eingearbeitet wird. Die Form wird einige Zeit stehen gelassen, damit das Harz aushärtet, normalerweise bei Raumtemperatur. Obwohl Hitze manchmal verwendet werden kann, um sicherzustellen, dass es richtig ausgehärtet ist. Ein Vakuumbeutel wird verwendet, um einen nassen Aufbau zu komprimieren. Glasfasern sind die gebräuchlichsten für diesen Prozess, dessen Ergebnis als Glasfaser bekannt ist. Es wird zur Herstellung von Produkten wie Skiern, Kanus, Surfbrettern usw. verwendet.

Harzspritzpressen:

Dieser Formgebungsprozess von faserverstärktem Kunststoff wird auch Harzinfusion genannt. Stoffe werden in eine Form gelegt, in die nasses Harz eingespritzt wird. Harz wird typischerweise unter Druck gesetzt und in einen Hohlraum gedrückt, der beim Harzspritzpressen unter Vakuum steht. Beim vakuumunterstützten Harzspritzpressen wird das Harz vollständig unter Vakuum in die Kavität gezogen. Dieser Prozess gewährleistet eine genaue Toleranz und detaillierte Formgebung. Obwohl es manchmal nicht gelingt, den Stoff vollständig zu sättigen, was zu Flecken in der endgültigen Form führt.

Fadenwicklung:

Bei diesem Verfahren gibt es Maschinen, die Faserbündel durch ein nasses Harzbad ziehen und in bestimmten Ausrichtungen um einen rotierenden Stahldorn wickeln. Teile werden entweder bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen ausgehärtet. Der Dorn wird herausgezogen und hinterlässt eine endgültige geometrische Form, obwohl sie in einigen Situationen beibehalten wird.

Pultrusion:

Faserbündel und geschnittene Stoffe werden durch ein nasses Harzbad gezogen, das dann die raue Form des Teils bildet. Aus einer beheizten geschlossenen Düse wird gesättigtes Material extrudiert, das aushärtet, während es kontinuierlich durch die Düse gezogen wird. Die meisten Endprodukte der Pultrusion sind Strukturformen, d. h. I-Träger, Winkel, U-Profile und Flachbleche. Die Materialien können verwendet werden, um alle Arten von Glasfaserstrukturen wie Leitern, Handlaufsysteme, Tanks, Plattformen, Rohre und Pumpenstützen herzustellen.

Hubschrauber:

Kontinuierliche Glasfaserstränge werden durch eine Handpistole geschoben, die die Stränge sowohl schneidet als auch mit einem katalysierten Harz wie Polyester verbindet. Das imprägnierte geschnittene Glas wird dann in der geeigneten Dicke und dem Design, das der menschliche Bediener für richtig hält, auf die Formoberfläche geschossen. Das Chopper-Gun-Verfahren ist ideal für große Produktionsläufe zu wirtschaftlichen Kosten, aber es erzeugt geometrische Formen mit geringerer Festigkeit als andere Formverfahren und hat eine schlechte Maßtoleranz.

Vor- und Nachteile von faserverstärktem Kunststoff

Vorteile:

Nachfolgend die Vorteile von faserverstärkten Kunststoffen in ihren verschiedenen Anwendungen.

• GFK hat eine hohe Festigkeit
• Sie haben einen hohen Elastizitätsmodul
• Sie sind leichter
• Hohe Beständigkeit gegen Ermüdungsbruch ist ein weiterer hervorragender Vorteil.
• Sie haben eine gute Korrosionsbeständigkeit.
• Steifigkeit ist ein weiterer großer Vorteil von GFK, da es bis zu 3,3-mal steifer als Holz ist und sich unter Arbeitsbelastung nicht dauerhaft verformt.
• Beständigkeit gegen Fäulnis und Insekten.
• Das Endprodukt aus faserverstärktem Kunststoff kann ansprechend sein, sodass möglicherweise keine Farben, Beizen und Beschichtungen erforderlich sind.
• Flexibilität in ihrem Herstellungs- und Designprozess
• GFK sind gute Isolatoren mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
• Fiberglasarten von GFK sind belastbar, das heißt, das Material hat eine harte Oberfläche.
• Wartung und Installation von GFK sind geringer, obwohl Edelstahl niedrigere anfängliche Materialkosten hat als faserverstärkter Kunststoff.

Nachteile:

Trotz der großen Vorteile von faserverstärktem Kunststoff treten immer noch einige Einschränkungen auf. Unten sind die Nachteile von FRPs aufgeführt.

• Ihre Festigkeit senkrecht zu den Fasern ist extrem gering (bis zu 5 %) im Vergleich zur Festigkeit entlang der Faserlänge.
• Materialdesign kann komplex sein
• Prüfung und Herstellung von GFK-Bauteilen sind hochspezialisiert.

Schlussfolgerung

In diesem Artikel haben Sie faserverstärkte Kunststoffe, ihre Definition, Anwendungen, Verbundbauteile und Materialanforderungen kennengelernt. Außerdem haben wir die verschiedenen Arten, Umformverfahren sowie Vor- und Nachteile von faserverstärkten Kunststoffen besprochen.

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