Fiberglas – Wikipedia

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Art des mit Glasfasern verstärkten Kunststoffs

Fiberglas (Amerikanisches Englisch) oder Glasfaser (Commonwealth English) ist eine übliche Art von faserverstärktem Kunststoff unter Verwendung von Glasfasern. Die Fasern können zufällig angeordnet, zu einer Folie abgeflacht (als gehackte Strangmatte bezeichnet) oder zu einem Stoff gewebt werden. Die Kunststoffmatrix kann eine duroplastische Polymermatrix sein – meistens basierend auf duroplastischen Polymeren wie Epoxid, Polyesterharz oder Vinylester – oder ein Thermoplast.

Es ist billiger und flexibler als Kohlefaser, stärker als viele Metalle, nicht magnetisch, nicht leitend, für elektromagnetische Strahlung transparent, kann zu komplexen Formen geformt werden und ist unter vielen Umständen chemisch inert. Zu den Anwendungen gehören Flugzeuge, Boote, Automobile, Badewannen und -gehäuse, Schwimmbäder, Whirlpools, Klärgruben, Wassertanks, Dächer, Rohre, Verkleidungen, orthopädische Abgüsse, Surfbretter und Außentürverkleidungen.

Andere gebräuchliche Namen für Glasfaser sind glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK),[1]glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK)[2] oder GFK (aus dem Deutschen: Glasfaserverstärkter Kunststoff). Da Glasfasern selbst manchmal als “Glasfaser” bezeichnet werden, wird der Verbundstoff auch als “glasfaserverstärkter Kunststoff” bezeichnet. In diesem Artikel wird die Konvention übernommen, dass sich “Glasfaser” auf das gesamte glasfaserverstärkte Verbundmaterial bezieht und nicht nur auf die darin enthaltene Glasfaser.

Geschichte[edit]

Glasfasern werden seit Jahrhunderten hergestellt, aber das früheste Patent wurde 1880 an den preußischen Erfinder Hermann Hammesfahr (1845–1914) in den USA vergeben.[3][4]

Die Massenproduktion von Glassträngen wurde 1932 versehentlich entdeckt, als Games Slayter, ein Forscher in Owens-Illinois, einen Druckluftstrahl auf einen Strom geschmolzenen Glases richtete und Fasern produzierte. Ein Patent für dieses Verfahren zur Herstellung von Glaswolle wurde erstmals 1933 angemeldet.[5] Owens trat 1935 in die Firma Corning ein und die Methode wurde von Owens Corning angepasst, um 1936 sein patentiertes “Fiberglas” (mit einem “s” geschrieben) herzustellen. Ursprünglich war Fiberglas eine Glaswolle mit Fasern, die viel Gas einschließen. Dies macht es als Isolator nützlich, insbesondere bei hohen Temperaturen.

Ein geeignetes Harz zum Kombinieren der Glasfaser mit einem Kunststoff zur Herstellung eines Verbundmaterials wurde 1936 von du Pont entwickelt. Der erste Vorfahr moderner Polyesterharze ist das Cyanamid-Harz von 1942. Bis dahin wurden Peroxid-Härtungssysteme verwendet.[6] Durch die Kombination von Glasfaser und Harz wurde der Gasgehalt des Materials durch Kunststoff ersetzt. Dies reduzierte die Isolationseigenschaften auf die für den Kunststoff typischen Werte, aber jetzt zeigte der Verbundwerkstoff zum ersten Mal eine große Festigkeit und vielversprechende Eigenschaften als Struktur- und Baumaterial. Viele Glasfaserverbundwerkstoffe wurden weiterhin als “Glasfaser” (als Gattungsname) bezeichnet, und der Name wurde auch für das Glaswolleprodukt niedriger Dichte verwendet, das Gas anstelle von Kunststoff enthielt.

Ray Greene von Owens Corning wird die Herstellung des ersten Verbundboots im Jahr 1937 zugeschrieben, ging jedoch zu diesem Zeitpunkt aufgrund der Sprödigkeit des verwendeten Kunststoffs nicht weiter. 1939 soll Russland ein Passagierboot aus Kunststoff gebaut haben, die Vereinigten Staaten einen Rumpf und Flügel eines Flugzeugs.[7] Das erste Auto mit einer Glasfaserkarosserie war ein Prototyp des Stout Scarab von 1946, aber das Modell ging nicht in Produktion.[8]

Glasverstärkungen für Glasfaser werden in verschiedenen physikalischen Formen geliefert: Mikrokugeln, gehackt oder gewebt.

Im Gegensatz zu Glasfasern, die zur Isolierung verwendet werden, müssen die Oberflächen der Faser fast vollständig fehlerfrei sein, damit die endgültige Struktur fest ist, da die Fasern dadurch eine Zugfestigkeit von Gigapascal erreichen können. Wenn ein großes Stück Glas fehlerfrei wäre, wäre es genauso stark wie Glasfasern. Es ist jedoch im Allgemeinen unpraktisch, Schüttgut außerhalb der Laborbedingungen in einem fehlerfreien Zustand herzustellen und zu halten.[9]

Produktion[edit]

Der Prozess der Herstellung von Glasfaser wird als Pultrusion bezeichnet. Das Herstellungsverfahren für zur Verstärkung geeignete Glasfasern verwendet große Öfen, um den Quarzsand, Kalkstein, Kaolinton, Flussspat, Colemanit, Dolomit und andere Mineralien allmählich zu schmelzen, bis sich eine Flüssigkeit bildet. Es wird dann durch Buchsen extrudiert, die Bündel sehr kleiner Öffnungen sind (typischerweise 5–25 Mikrometer Durchmesser für E-Glas, 9 Mikrometer für S-Glas).[10]

Diese Filamente sind dann Größe (beschichtet) mit einer chemischen Lösung. Die einzelnen Filamente werden nun in großer Anzahl gebündelt, um ein Vorgarn bereitzustellen. Der Durchmesser der Filamente und die Anzahl der Filamente im Vorgarn bestimmen seine Gewicht, typischerweise ausgedrückt in einem von zwei Messsystemen:

  • Ausbeuteoder Yards pro Pfund (die Anzahl der Yards Faser in einem Pfund Material; daher bedeutet eine kleinere Anzahl ein schwereres Vorgarn). Beispiele für Standardausbeuten sind 225 Ausbeute, 450 Ausbeute, 675 Ausbeute.
  • texoder Gramm pro km (wie viele Gramm 1 km Roving wiegen, umgekehrt zum Ertrag; eine kleinere Zahl bedeutet also ein leichteres Roving). Beispiele für Standardtex sind 750tex, 1100tex, 2200tex.

Diese Rovings werden dann entweder direkt in einer Verbundanwendung wie Pultrusion, Filamentwicklung (Rohr) oder Pistolenroving verwendet (wobei eine automatisierte Pistole das Glas in kurze Längen zerhackt und in einen Harzstrahl fallen lässt, der auf die Oberfläche einer Form projiziert wird ) oder in einem Zwischenschritt zur Herstellung von Stoffen wie gehackte Strangmatte (CSM) (hergestellt aus zufällig ausgerichteten kleinen geschnittenen Faserlängen, die alle miteinander verbunden sind), gewebten Stoffen, Gewirken oder unidirektionalen Stoffen.

Gehackte Strangmatte[edit]

Gehackte Strangmatte oder CSM ist eine Form der Verstärkung, die in Glasfaser verwendet wird. Es besteht aus Glasfasern, die zufällig übereinander gelegt und durch ein Bindemittel zusammengehalten werden.

Es wird typischerweise in der Handauflegetechnik verarbeitet, bei der Materialblätter auf eine Form gelegt und mit Harz gebürstet werden. Da sich das Bindemittel in Harz löst, passt sich das Material beim Benetzen leicht verschiedenen Formen an. Nach dem Aushärten des Harzes kann das ausgehärtete Produkt aus der Form genommen und fertiggestellt werden.

Die Verwendung einer geschnittenen Strangmatte verleiht dem Glasfaser isotrope Materialeigenschaften in der Ebene.

Dimensionierung[edit]

Eine Beschichtung oder Grundierung wird auf das Vorgarn aufgetragen, um:

  • helfen, die Glasfilamente für die Verarbeitung und Manipulation zu schützen.
  • Stellen Sie eine ordnungsgemäße Verbindung mit der Harzmatrix sicher und ermöglichen Sie so die Übertragung von Scherbelastungen von den Glasfasern auf den duroplastischen Kunststoff. Ohne diese Bindung können die Fasern in der Matrix “rutschen”, was zu einem lokalisierten Versagen führt.[11]

Eigenschaften[edit]

Eine einzelne strukturelle Glasfaser ist sowohl steif als auch stark in Zug und Druck – das heißt, entlang seine Achse. Obwohl angenommen werden kann, dass die Faser eine schwache Kompression aufweist, ist es tatsächlich nur das lange Seitenverhältnis der Faser, das sie so erscheinen lässt; Das heißt, weil eine typische Faser lang und schmal ist, knickt sie leicht ein.[9] Andererseits ist die Glasfaser scherschwach – das heißt, über seine Achse. Wenn daher eine Ansammlung von Fasern dauerhaft in einer Vorzugsrichtung innerhalb eines Materials angeordnet werden kann und verhindert werden kann, dass sie beim Komprimieren knicken, ist das Material in dieser Richtung bevorzugt stark.

Darüber hinaus kann durch Übereinanderlegen mehrerer Faserschichten, wobei jede Schicht in verschiedenen Vorzugsrichtungen ausgerichtet ist, die Gesamtsteifigkeit und -festigkeit des Materials effizient gesteuert werden. Bei Glasfaser ist es die Kunststoffmatrix, die die strukturellen Glasfasern dauerhaft auf die vom Konstrukteur gewählten Richtungen beschränkt. Bei einer gehackten Strangmatte ist diese Richtung im Wesentlichen eine gesamte zweidimensionale Ebene; Mit Geweben oder unidirektionalen Schichten kann die Richtung der Steifheit und Festigkeit innerhalb der Ebene genauer gesteuert werden.

Eine Glasfaserkomponente hat typischerweise eine dünne “Schalen” -Konstruktion, die manchmal innen mit Strukturschaum gefüllt ist, wie im Fall von Surfbrettern. Das Bauteil kann eine nahezu willkürliche Form haben, die nur durch die Komplexität und Toleranzen der zur Herstellung der Schale verwendeten Form begrenzt ist.

Die mechanische Funktionalität von Materialien hängt stark von den kombinierten Leistungen des Harzes (AKA-Matrix) und der Fasern ab. Beispielsweise kann unter schwierigen Temperaturbedingungen (über 180 ° C) die Harzkomponente des Verbundstoffs ihre Funktionalität verlieren, teilweise aufgrund einer Verschlechterung der Bindung von Harz und Faser.[12] GFK können jedoch nach hohen Temperaturen (200 ° C) immer noch eine signifikante Restfestigkeit aufweisen.[13]

Arten der verwendeten Glasfasern[edit]

Zusammensetzung: Die in Glasfasern am häufigsten verwendeten Glasfasertypen sind E-Glas, Aluminiumoxid-Borosilikatglas mit weniger als 1 Gew .-% Alkalioxiden, das hauptsächlich für glasfaserverstärkte Kunststoffe verwendet wird. Andere verwendete Glasarten sind A-Glas (EINKalk-Kalk-Glas mit wenig oder keinem Boroxid), E-CR-Glas (E.lektrisch /C.hemisch R.Widerstand; Aluminiumkalk-Silikat mit weniger als 1 Gew .-% Alkalioxiden, mit hoher Säurebeständigkeit), C-Glas (Alkalikalkglas mit hohem Boroxidgehalt, verwendet für Glasfasern und Isolierungen), D-Glas (Borosilikatglas) , benannt nach seinem Tief D.ielektrische Konstante), R-Glas (Aluminiumsilikatglas ohne MgO und CaO mit hohen mechanischen Anforderungen als R.Verstärkung) und S-Glas (Alumosilikatglas ohne CaO, aber mit hohem MgO-Gehalt bei hoher Zugfestigkeit).[14]

Benennung und Verwendung: Reines Siliciumdioxid (Siliziumdioxid) kann, wenn es als Quarzglas zu einem Glas ohne echten Schmelzpunkt abgekühlt wird, als Glasfaser für Glasfaser verwendet werden, hat jedoch den Nachteil, dass es bei sehr hohen Temperaturen verarbeitet werden muss. Um die notwendige Arbeitstemperatur zu senken, werden andere Materialien als “Flussmittel” eingeführt (dh Komponenten zur Senkung des Schmelzpunktes). Gewöhnliches A-Glas (“A” für “Alkalikalk”) oder Natronkalkglas, zerkleinert und zum Umschmelzen bereit, wie sogenanntes Glasscherbenglas, war die erste Glasart, die für Glasfaser verwendet wurde. E-Glas (“E” wegen anfänglicher elektrischer Anwendung) ist alkalifrei und war die erste Glasformulierung, die zur kontinuierlichen Filamentbildung verwendet wurde. Es macht heute den größten Teil der Glasfaserproduktion der Welt aus und ist auch der weltweit größte Einzelverbraucher von Bormineralien. Es ist anfällig für Chloridionenangriffe und eine schlechte Wahl für Marineanwendungen. S-Glas (“S” für “steif”) wird verwendet, wenn die Zugfestigkeit (hoher Modul) wichtig ist, und ist daher ein wichtiger Gebäude- und Flugzeug-Epoxid-Verbundwerkstoff (in Europa als R-Glas “R” für “Verstärkung” bezeichnet) ). C-Glas (“C” für “chemische Beständigkeit”) und T-Glas (“T” steht für “Wärmeisolator” – eine nordamerikanische Variante von C-Glas) sind gegen chemischen Angriff beständig; beide sind häufig in Isolationsqualitäten aus geblasenem Fiberglas zu finden.[15]

Tabelle einiger gängiger Glasfasertypen[edit]

Material Spezifisches Gewicht Zugfestigkeit MPa (ksi) Druckfestigkeit MPa (ksi)
Polyesterharz (nicht verstärkt)[16] 1.28 55 (7,98) 140 (20,3)
Polyester und gehacktes Strangmattenlaminat 30% E-Glas[16] 1.4 100 (14,5) 150 (21,8)
Polyester und gewebte Rovings Laminat 45% E-Glas[16] 1.6 250 (36,3) 150 (21,8)
Stofflaminat aus Polyester und Satin 55% E-Glas[16] 1.7 300 (43,5) 250 (36,3)
Laminat aus Polyester und durchgehenden Rovings 70% E-Glas[16] 1.9 800 (116) 350 (50,8)
E-Glas-Epoxid-Verbundwerkstoff[17] 1,99 1,770 (257)
S-Glas-Epoxid-Verbundwerkstoff[17] 1,95 2,358 (342)

Anwendungen[edit]

Fiberglas ist aufgrund seines geringen Gewichts, seiner inhärenten Festigkeit, seiner wetterbeständigen Oberfläche und seiner Vielzahl von Oberflächentexturen ein äußerst vielseitiges Material.

Die Entwicklung von faserverstärktem Kunststoff für den kommerziellen Einsatz wurde in den 1930er Jahren eingehend untersucht. Es war von besonderem Interesse für die Luftfahrtindustrie. Ein Mittel zur Massenproduktion von Glassträngen wurde 1932 versehentlich entdeckt, als ein Forscher in Owens-Illinois einen Druckluftstrahl auf einen Strom geschmolzenen Glases richtete und Fasern herstellte. Nach der Fusion von Owens mit der Firma Corning im Jahr 1935 passte Owens Corning die Methode an, um das patentierte “Fiberglas” (one “s”) herzustellen. Ein geeignetes Harz zum Kombinieren des “Fiberglases” mit einem Kunststoff wurde 1936 von du Pont entwickelt. Der erste Vorfahr moderner Polyesterharze ist Cyanamid von 1942. Bis dahin wurden Peroxid-Härtungssysteme verwendet.

Während des Zweiten Weltkriegs wurde Glasfaser als Ersatz für das in Flugzeugradomen verwendete geformte Sperrholz entwickelt (Glasfaser ist für Mikrowellen transparent). Die erste zivile Hauptanwendung betraf den Bau von Booten und Sportwagenkarosserien, wo sie in den 1950er Jahren Akzeptanz fand. Der Einsatz hat sich auf die Automobil- und Sportartikelbranche ausgeweitet. Bei der Herstellung einiger Produkte, wie z. B. Flugzeuge, wird jetzt Kohlefaser anstelle von Glasfaser verwendet, die volumen- und gewichtsstärker ist.

Fortschrittliche Herstellungstechniken wie Pre-Pregs und Faserrovings erweitern die Glasfaseranwendungen und die Zugfestigkeit, die mit faserverstärkten Kunststoffen möglich ist.

Fiberglas wird aufgrund seiner HF-Permeabilität und seiner geringen Signaldämpfungseigenschaften auch in der Telekommunikationsindustrie zum Abdecken von Antennen verwendet. Es kann auch verwendet werden, um andere Geräte zu verbergen, bei denen keine Signaldurchlässigkeit erforderlich ist, wie z. B. Geräteschränke und Stahltragstrukturen, da es leicht geformt und lackiert werden kann, um sich mit vorhandenen Strukturen und Oberflächen zu vermischen. Andere Anwendungen umfassen elektrische Isolatoren in Blechform und Strukturkomponenten, die üblicherweise in Produkten der Energiewirtschaft zu finden sind.

Aufgrund des geringen Gewichts und der Langlebigkeit von Glasfaser wird es häufig in Schutzausrüstungen wie Helmen verwendet. Viele Sportarten verwenden Glasfaserschutzausrüstung, wie z. B. Torwart- und Fängermasken.

Lagertanks[edit]

Mehrere große Glasfasertanks an einem Flughafen

Lagertanks können aus Glasfaser mit einer Kapazität von bis zu 300 Tonnen hergestellt werden. Kleinere Tanks können mit einer gehackten Strangmatte hergestellt werden, die über einen thermoplastischen Innentank gegossen wird, der während des Aufbaus als Vorformling dient. Viel zuverlässigere Tanks werden aus gewebten Matten- oder Filamentfasern hergestellt, wobei die Faserorientierung im rechten Winkel zu der durch den Inhalt in die Seitenwand ausgeübten Umfangsspannung steht. Solche Tanks werden in der Regel zur Lagerung von Chemikalien verwendet, da die Kunststoffauskleidung (häufig Polypropylen) gegen eine Vielzahl von ätzenden Chemikalien beständig ist. Fiberglas wird auch für Klärgruben verwendet.

Hausbau[edit]

Glasverstärkte Kunststoffe werden auch zur Herstellung von Hausbauteilen wie Dachlaminat, Türverkleidungen, Überdachungen, Fensterüberdachungen und Dachgauben, Kaminen, Abdecksystemen und Köpfen mit Schlusssteinen und Schwellern verwendet. Das geringere Gewicht und die einfachere Handhabung des Materials im Vergleich zu Holz oder Metall ermöglichen eine schnellere Installation. Massenproduzierte Glasfaserplatten mit Ziegeleffekt können beim Bau von Verbundgehäusen verwendet werden und können eine Isolierung enthalten, um den Wärmeverlust zu verringern.

Künstliche Öl- und Gasliftsysteme[edit]

Bei Stabpumpenanwendungen werden häufig Glasfaserstäbe wegen ihres hohen Verhältnisses von Zugfestigkeit zu Gewicht verwendet. Glasfaserstäbe bieten einen Vorteil gegenüber Stahlstäben, da sie sich bei einem bestimmten Gewicht elastischer dehnen (niedrigerer Elastizitätsmodul) als Stahl, was bedeutet, dass mit jedem Hub mehr Öl aus dem Kohlenwasserstoffreservoir an die Oberfläche gefördert werden kann, während gleichzeitig die Belastung des Pumpens verringert wird Einheit.

Glasfaserstangen müssen jedoch unter Spannung gehalten werden, da sie sich häufig trennen, wenn sie nur einer geringen Kompression ausgesetzt werden. Der Auftrieb der Stäbe in einer Flüssigkeit verstärkt diese Tendenz.

Rohrleitungen[edit]

GFK- und GRE-Rohre können in einer Vielzahl von ober- und unterirdischen Systemen verwendet werden, einschließlich solcher für:

  • Entsalzung
  • Wasserversorgung
  • Wasserverteilungsnetze
  • chemische Prozessanlagen
  • Wasser zur Brandbekämpfung
  • heißes und kaltes Wasser
  • Wasser trinken
  • Abwasser / Siedlungsabfälle
  • Flüssiggas

Beispiele für die Verwendung von Glasfaser[edit]

Kajaks aus Glasfaser

Glasfaserstatue, Kopie der antiken römischen Bronzestatue des geflügelten Sieges im Santa Giulia Museum in Brescia.
  • DIY Bögen / Jugend Recurve; Langbögen
  • Stabhochsprungstangen
  • Gerätegriffe (Hämmer, Äxte usw.)
  • Ampeln
  • Schiffsrümpfe
  • Ruderpanzer und Ruder
  • Wasserrohre
  • Hubschrauberrotorblätter
  • Surfbretter,[18] Zeltstangen
  • Segelflugzeuge, Kit Cars, Kleinstwagen, Karts, Karosserien, Kajaks, Flachdächer, Lastwagen
  • Pods, Kuppeln und architektonische Merkmale, bei denen ein geringes Gewicht erforderlich ist
  • Karosserieteile und ganze Karosserien (z. B. Sabre Sprint, Lotus Elan, Anadol, Reliant, Quantum Quantum Coupé, Chevrolet Corvette und Studebaker Avanti sowie DMC DeLorean Unterboden)
  • Antennenabdeckungen und -strukturen wie Radome, UHF-Rundfunkantennen und Rohre, die in Sechskantantennen für die Amateurfunkkommunikation verwendet werden
  • FRP-Tanks und -Behälter: FRP wird häufig zur Herstellung chemischer Geräte sowie Tanks und Schiffe verwendet. BS4994 ist ein britischer Standard für diese Anwendung.
  • Die meisten kommerziellen Velomobile
  • Die meisten Leiterplatten bestehen aus abwechselnden Schichten aus Kupfer und Glasfaser FR-4
  • Große kommerzielle Windturbinenblätter
  • In MRT-Scannern verwendete HF-Spulen
  • Schlagzeug-Sets
  • Schutzabdeckungen für Unterwasserinstallationen
  • Verstärkung von Asphaltbelägen als Stoff- oder Netzzwischenschicht zwischen Aufzügen[19]
  • Helme und andere Schutzausrüstung für verschiedene Sportarten
  • Orthopädische Abgüsse[20]
  • Glasfasergitter werden für Gehwege auf Schiffen und Ölplattformen sowie in Fabriken verwendet
  • Faserverstärkte Verbundsäulen
  • Wasserrutsche
  • Skulpturenherstellung
  • Fischteiche oder Futterschlacken blockieren Fischteiche.

Bauweise[edit]

Filamentwicklung[edit]

Das Filamentwickeln ist eine Herstellungstechnik, die hauptsächlich zur Herstellung offener (Zylinder) oder geschlossener Strukturen (Druckbehälter oder Tanks) verwendet wird. Dabei werden Filamente unter Spannung über einen männlichen Dorn gewickelt. Der Dorn dreht sich, während sich ein Windauge auf einem Wagen horizontal bewegt und Fasern im gewünschten Muster ablegt. Die gebräuchlichsten Filamente sind Kohlenstoff- oder Glasfasern und werden beim Wickeln mit Kunstharz beschichtet. Sobald der Dorn vollständig auf die gewünschte Dicke bedeckt ist, wird das Harz ausgehärtet; Oft wird der Dorn in einen Ofen gestellt, um dies zu erreichen, obwohl manchmal Strahlungsheizungen verwendet werden, während sich der Dorn noch in der Maschine dreht. Sobald das Harz ausgehärtet ist, wird der Dorn entfernt und das hohle Endprodukt verbleibt. Bei einigen Produkten wie Gasflaschen ist der „Dorn“ ein fester Bestandteil des Endprodukts und bildet eine Auskleidung, um ein Austreten von Gas zu verhindern, oder eine Barriere, um den Verbundstoff vor der zu lagernden Flüssigkeit zu schützen.

Das Filamentwickeln eignet sich gut für die Automatisierung, und es gibt viele Anwendungen, wie z. B. Rohre und kleine Druckbehälter, die ohne menschliches Eingreifen gewickelt und ausgehärtet werden. Die Regelgrößen für das Wickeln sind Fasertyp, Harzgehalt, Windwinkel, Kabel oder Bandbreite und Dicke des Faserbündels. Der Winkel, unter dem sich die Faser auf die Eigenschaften des Endprodukts auswirkt. Ein “Winkel” mit hohem Winkel liefert eine Umfangs- oder “Berstfestigkeit”, während Muster mit niedrigerem Winkel (polar oder spiralförmig) eine größere Zugfestigkeit in Längsrichtung liefern.

Die derzeit mit dieser Technik hergestellten Produkte reichen von Rohren, Golfschlägern, Umkehrosmosemembrangehäusen, Rudern, Fahrradgabeln, Fahrradfelgen, Kraft- und Getriebestangen, Druckbehältern bis hin zu Raketengehäusen, Flugzeugrümpfen und Laternenpfählen sowie Yachtmasten.

Handauflegevorgang aus Glasfaser[edit]

Ein Trennmittel, üblicherweise entweder in Wachs- oder flüssiger Form, wird auf die ausgewählte Form aufgetragen, damit das fertige Produkt sauber aus der Form entfernt werden kann. Harz – typischerweise ein zweiteiliger duroplastischer Polyester, Vinyl oder Epoxidharz – wird mit seinem Härter gemischt und auf die Oberfläche aufgetragen. Glasfasermattenblätter werden in die Form gelegt, dann wird mit einer Bürste oder Walze mehr Harzmischung hinzugefügt. Das Material muss der Form entsprechen und es darf keine Luft zwischen Glasfaser und Form eingeschlossen werden. Zusätzliches Harz wird aufgetragen und möglicherweise zusätzliche Glasfaserplatten. Handdruck, Vakuum oder Walzen werden verwendet, um sicherzustellen, dass das Harz alle Schichten sättigt und vollständig benetzt und dass alle Lufteinschlüsse entfernt werden. Die Arbeit muss schnell erledigt sein, bevor das Harz zu härten beginnt, es sei denn, es werden Hochtemperaturharze verwendet, die erst härten, wenn das Teil in einem Ofen erwärmt wird.[21] In einigen Fällen wird die Arbeit mit Plastikfolien bedeckt und Vakuum auf die Arbeit gezogen, um Luftblasen zu entfernen und die Glasfaser in die Form der Form zu drücken.[22]

Auflegen von Glasfaserspray[edit]

Der Glasfaserspray-Auflegeprozess ähnelt dem Handauflegeprozess, unterscheidet sich jedoch in der Anwendung der Faser und des Harzes auf die Form. Das Aufsprühen ist ein Herstellungsverfahren für offen geformte Verbundwerkstoffe, bei dem Harz und Verstärkungen auf eine Form gesprüht werden. Das Harz und das Glas können getrennt oder gleichzeitig in einem kombinierten Strom aus einer Zerhackerpistole “gehackt” aufgetragen werden.[23] Arbeiter rollen das Spray aus, um das Laminat zu verdichten. Dann kann Holz, Schaum oder ein anderes Kernmaterial hinzugefügt werden, und eine sekundäre Sprühschicht bettet den Kern zwischen die Laminate ein. Das Teil wird dann gehärtet, abgekühlt und aus der wiederverwendbaren Form entfernt.

Pultrusionsbetrieb[edit]

Pultrusion ist ein Herstellungsverfahren zur Herstellung starker, leichter Verbundwerkstoffe. Bei der Pultrusion wird das Material entweder im Hand-über-Hand-Verfahren oder im Endloswalzenverfahren (im Gegensatz zur Extrusion, bei der das Material durch Matrizen gedrückt wird) durch Umformmaschinen gezogen. Bei der Glasfaserpultrusion werden Fasern (das Glasmaterial) von Spulen durch eine Vorrichtung gezogen, die sie mit einem Harz beschichtet. Sie werden dann typischerweise wärmebehandelt und auf Länge geschnitten. Auf diese Weise hergestellte Glasfasern können in einer Vielzahl von Formen und Querschnitten hergestellt werden, beispielsweise mit W- oder S-Querschnitten.

Verziehen[edit]

Ein bemerkenswertes Merkmal von Glasfaser ist, dass die verwendeten Harze während des Aushärtungsprozesses einer Kontraktion unterliegen. Bei Polyester beträgt diese Kontraktion häufig 5–6%; für Epoxid etwa 2%. Da sich die Fasern nicht zusammenziehen, kann dieses Differential während des Aushärtens zu Formänderungen des Teils führen. Verzerrungen können Stunden, Tage oder Wochen nach dem Abbinden des Harzes auftreten.

Während diese Verzerrung durch symmetrische Verwendung der Fasern in der Konstruktion minimiert werden kann, wird eine gewisse innere Spannung erzeugt; und wenn es zu groß wird, bilden sich Risse.

Gesundheitsrisiken[edit]

Im Juni 2011 entfernte das National Toxicology Program (NTP) aus seinem Bericht über Karzinogene alle biolöslichen Glaswolle, die zur Isolierung von Haushalten und Gebäuden sowie für nicht isolierende Produkte verwendet werden.[24] NTP betrachtet faserigen Glasstaub jedoch als “vernünftigerweise vorweggenommen” [as] ein menschliches Karzinogen (bestimmte Glaswollefasern (inhalierbar)) “.[25] In ähnlicher Weise veröffentlichte das kalifornische Amt für Umweltverträglichkeitsprüfung (“OEHHA”) im November 2011 eine Änderung seiner Proposition 65-Liste, die nur “Glaswollfasern (inhalierbar und biopersistent)” enthält.[26] Aufgrund der Maßnahmen von US NTP und der kalifornischen OEHHA ist nach Bundes- oder kalifornischem Recht kein Krebswarnschild für biologisch lösliche Glasfaser-Haus- und Gebäudeisolierungen mehr erforderlich. Alle Glasfaserwolle, die üblicherweise zur thermischen und akustischen Isolierung verwendet wird, wurde im Oktober 2001 von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als nicht klassifizierbar hinsichtlich der Kanzerogenität für den Menschen eingestuft (Gruppe 3).[27]

Menschen können am Arbeitsplatz durch Einatmen, Hautkontakt oder Augenkontakt Glasfaser ausgesetzt sein. Die Arbeitsschutzbehörde (OSHA) hat die gesetzliche Grenze (zulässige Expositionsgrenze) für die Glasfaserexposition am Arbeitsplatz auf 15 mg / m festgelegt3 insgesamt und 5 mg / m3 bei Exposition der Atemwege über einen 8-stündigen Arbeitstag. Das Nationale Institut für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH) hat eine empfohlene Expositionsgrenze (REL) von 3 Fasern / cm festgelegt3 (weniger als 3,5 Mikrometer Durchmesser und mehr als 10 Mikrometer Länge) als zeitgewichteter Durchschnitt über einen 8-Stunden-Arbeitstag und 5 mg / m3 Gesamtlimit.[28]

Die Europäische Union und Deutschland klassifizieren synthetische Glasfasern als möglicherweise oder wahrscheinlich krebserregend. Fasern können jedoch von dieser Klassifizierung ausgenommen werden, wenn sie bestimmte Tests bestehen. Hinweise für diese Klassifikationen stammen hauptsächlich aus Studien an Versuchstieren und Mechanismen der Karzinogenese. Die epidemiologischen Studien zu Glaswolle wurden von einer von der IARC einberufenen Gruppe internationaler Experten geprüft. Diese Experten folgerten: “Epidemiologische Studien, die in den 15 Jahren seit der vorherigen Überprüfung dieser Fasern durch IARC-Monographien im Jahr 1988 veröffentlicht wurden, liefern keine Hinweise auf ein erhöhtes Risiko für Lungenkrebs oder Mesotheliom (Krebs der Auskleidung der Körperhöhlen) aufgrund beruflicher Exposition während der Herstellung dieser Materialien und insgesamt unzureichende Beweise für ein Krebsrisiko. “[27] Eine 2012 für die Europäische Kommission durchgeführte Überprüfung des Gesundheitsrisikos ergab, dass das Einatmen von Glasfaser in Konzentrationen von 3, 16 und 30 mg / m3 “weder Fibrose noch Tumore induzierte, außer vorübergehende Lungenentzündungen, die nach einer Erholungsphase nach Exposition verschwanden.”[29] Ähnliche Überprüfungen der epidemiologischen Studien wurden von der Agentur für das Register giftiger Substanzen und Krankheiten (“ATSDR”) durchgeführt.[30] das National Toxicology Program,[31] die Nationale Akademie der Wissenschaften[32] und Harvards medizinische und öffentliche Gesundheitsschulen[33] die zu dem gleichen Ergebnis wie die IARC gelangten, dass es keine Hinweise auf ein erhöhtes Risiko durch berufliche Exposition gegenüber Glaswollefasern gibt.

Fiberglas reizt die Augen, die Haut und die Atemwege. Mögliche Symptome sind Reizungen von Augen, Haut, Nase, Rachen, Atemnot (Atembeschwerden), Halsschmerzen, Heiserkeit und Husten.[25] Wissenschaftliche Erkenntnisse belegen, dass Glasfaser sicher hergestellt, installiert und verwendet werden kann, wenn die empfohlenen Arbeitspraktiken befolgt werden, um vorübergehende mechanische Reizungen zu verringern.[34] Leider werden diese Arbeitspraktiken nicht immer befolgt, und Glasfaser wird häufig in Kellern freigelegt, die später besetzt werden. Laut der American Lung Association sollte die Glasfaserisolierung niemals in einem besetzten Bereich freigelegt werden.[35]

Während die Harze ausgehärtet werden, werden Styroldämpfe freigesetzt. Diese reizen die Schleimhäute und die Atemwege. Die Gefahrstoffverordnung in Deutschland schreibt daher eine berufliche Expositionsgrenze von 86 mg / m vor3. In bestimmten Konzentrationen kann ein potenziell explosives Gemisch auftreten. Bei der weiteren Herstellung von GFK-Bauteilen (Schleifen, Schneiden, Sägen) entstehen Feinstaub und Späne, die Glasfilamente sowie klebrigen Staub enthalten, in Mengen, die hoch genug sind, um die Gesundheit und die Funktionalität von Maschinen und Geräten zu beeinträchtigen. Die Installation effektiver Absaug- und Filtrationsgeräte ist erforderlich, um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten.[36]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Mayer, Rayner M. (1993). Design mit verstärktem Kunststoff. Springer. p. 7. ISBN 978-0-85072-294-9.
  2. ^ Nawy, Edward G. (2001). Grundlagen von Hochleistungsbeton (2. Aufl.). John Wiley und Söhne. p. 310. ISBN 978-0-471-38555-4.
  3. ^ Mitchell, Steve (November 1999). “Die Geburt von Glasfaserbooten”, The Good Ole Boat.
  4. ^ “Eintrag für US 232122 A (14. September 1880)”. US-Patentveröffentlichung. Abgerufen am 9. Oktober 2013.
  5. ^ Slayter, Games (11. November 1933) “Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Glaswolle” US-Patent 2,133,235
  6. ^ Marsh, George (8. Oktober 2006). “50 Jahre verstärkte Plastikboote”. verstärkter Kunststoff. Elsevier Ltd.
  7. ^ Bemerkenswerte Fortschritte – die Verwendung von Kunststoffen, Evening Post, Wellington, Neuseeland, Band CXXVIII, Ausgabe 31, 5. August 1939, Seite 28
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  9. ^ ein b Gordon, JE (1991). Die neue Wissenschaft von starken Materialien: Oder warum Sie nicht durch den Boden fallen. Penguin Books Limited. ISBN 978-0-14-192770-1.
  10. ^ Bhatnagar, Ashok (19.04.2016). Leichte ballistische Verbundwerkstoffe: Militär- und Strafverfolgungsanwendungen. Woodhead Publishing. ISBN 9780081004258.
  11. ^ Reese Gibson (26.04.2017). “Die Grundlagen: Glasfaser reparieren und Verklebung sicherstellen”. Abgerufen 28. April 2017.
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Externe Links[edit]


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