пластик, армированный стекловолокном

Армированный стекловолокном пластик , часто также короткий армированный стекловолокном пластик ( GFK ) ( англ. GFRP - пластик, армированный стекловолокном ), представляет собой композит стекловолокна, состоящий из пластика и стекловолокна . В качестве основы могут использоваться как термореактивные пластмассы (например, полиэфирная смола [UP] или эпоксидная смола ), так и термопласты (например, полиамид ).

Непрерывное стекловолокно было впервые промышленно произведено в США в 1935 году в качестве армирующего волокна. Массовое производство было развито в 1930-х годах компанией Games Slayter (Owens Corning) и другими - в то время материал в основном использовался для утепления домов. Первым самолетом, изготовленным из стеклопластика, был Fs 24 Phönix из Акафлиг, Штутгарт, 1957 года.

Стеклопластик также известен в просторечии как стекловолокно . Слово стекловолокно - это англицизм , образованный из стекловолокна ( AE ) или стекловолокна ( BE ), английского слова, обозначающего стекловолокно. В неспециализированном мире часто говорят только о волокнах, когда говорят о стеклопластике или пластике, армированном углеродным волокном (CFRP). Однако всегда подразумеваются армированные волокном пластмассы, потому что без пластмассовой матрицы, которая придает форму и поверхность, компоненты вообще не производились бы.

Свойства и области применения

характеристики
Тип волокна : E- стекловолокно Тип матрицы: эпоксидная смола Объемная доля волокна 60% Все данные являются характерными средними значениями
Основные величины эластичности
${\ displaystyle E _ {\ |}}$	44 500 Н / мм²
${\ displaystyle E _ {\ perp}}$	13 000 Н / мм²
${\ Displaystyle G _ {\ perp \ |}}$	5600 Н / мм²
${\ Displaystyle G _ {\ перп \ перп}}$	5 100 Н / мм²
${\ Displaystyle \ ню _ {\ | \ перп}}$	0,25
плотность
${\ displaystyle \ rho}$	2,0 г / см³
Основная сила
${\ Displaystyle R _ {\ |} ^ {+}}$	1000 Н / мм²
${\ Displaystyle R _ {\ |} ^ {-}}$	900 Н / мм²
${\ Displaystyle R _ {\ perp} ^ {+}}$	50 Н / мм²
${\ Displaystyle R _ {\ perp} ^ {-}}$	120 Н / мм²
${\ Displaystyle R _ {\ perp \ |}}$	70 Н / мм²
Коэффициент температурного расширения
${\ Displaystyle \ альфа _ {\ |}}$	7 · 10 −6 1 / К
${\ displaystyle \ alpha _ {\ perp}}$	27 · 10 −6 1 / К

Разрыв GRP в SEM в стереоскопическом представлении, увеличение 50 × (на основе негатива среднего формата )

Разрыв GRP в SEM в стереоскопическом представлении, увеличение 200 × (на основе негатива среднего формата)

Разрыв GRP в SEM в стереоскопическом представлении, увеличение 500 × (на основе негатива среднего формата)

Разрыв GRP в SEM в стереоскопическом представлении, увеличение 1000 × (на основе негатива среднего формата)

Стекловолоконная копия древнеримской статуи в музее Санта-Джулия в Брешии

Пластмассы, армированные стекловолокном, представляют собой рентабельный, но очень высококачественный композит из волокнистого пластика . В условиях высоких механических нагрузок пластик, армированный стекловолокном, встречается исключительно в виде непрерывных волокон в тканях или в лентах UD .

По сравнению с композитами из волокнистого пластика, изготовленными из других армирующих волокон, пластик, армированный стекловолокном, в сочетании с подходящей пластиковой матрицей имеет высокое удлинение при разрыве, высокое поглощение упругой энергии, но относительно низкий модуль упругости . Даже в направлении волокон он ниже, чем у алюминия. Поэтому он не подходит для компонентов с высокими требованиями к жесткости, но подходит для листовых рессор и аналогичных компонентов.

Пластик, армированный стекловолокном, имеет отличные коррозионные свойства даже в агрессивной среде. Это делает его подходящим материалом для резервуаров при строительстве заводов или для корпусов лодок. Поскольку эти корпуса также немагнитны , этот материал использовался для создания тральщиков еще в 1966 году .

В этих применениях учитывается более высокая, чем у армированного углеродным волокном пластика, плотность залегания .

При наличии подходящей матрицы пластик, армированный стекловолокном, обладает хорошим электроизоляционным эффектом, что делает его очень полезным материалом в электротехнике. В частности, изоляторы, которые должны выдерживать высокие механические нагрузки, изготавливаются из пластика, армированного стекловолокном. Распределительные шкафы для наружного применения часто изготавливают из стеклопластика из-за прочности и устойчивости материала.

Рыночная ситуация

В 2015 году в Европе было произведено около 1 069 000 тонн ВРП. Самым важным заказчиком была транспортная промышленность с 35% от общего объема, за ней следовала строительная промышленность (включая лопасти ротора для ветряных турбин), а также промышленность электроники и спортивного оборудования с 30%.

В 2014 году в Европе было переработано следующее количество армированного стекловолокном пластика:

• Контейнеры и трубы, в основном в процессе намотки филамента и центробежном процессе: 145е⁶ кг
• GMT и LFT (см. Полуфабрикаты с волокнистой матрицей ): 121е⁶ кг
• Непрерывные процессы, такие как Б. Пултрузия : 132е⁶ кг
• RTM- процедура: 132е⁶ кг
• Нажатие SMC и BMC : 264е⁶ кг
• Методы открытой формы, такие как Б. Ручное ламинирование или распыление волокон: 232е⁶ кг
• другие процедуры: 17е⁶ кг

В 2014 году в Европе было переработано 1043 тыс. Тонн армированного стекловолокном пластика.

сортирует

Вот некоторые типичные типы пластиков, армированных стекловолокном:

Типовые компоненты

Короткие и длинные компоненты, армированные волокном

Компоненты, армированные короткими волокнами, в основном используются в качестве облицовки или производятся из-за их хорошей пластичности и большой свободы дизайна. Компоненты, армированные короткими волокнами, обычно имеют квазиизотропное поведение, поскольку короткие волокна распределены случайным образом. Слабо выраженная ортотропия может возникать при литье под давлением термопластов, армированных короткими волокнами. Волокна ориентированы вдоль линий потока. Добавление коротких стекловолокон к термопластам улучшает их жесткость, прочность и, в частности, их поведение при высоких температурах. Ползучесть короткого армированного волокном термопласты меньше , чем у основного материала.

Компоненты, армированные непрерывным волокном

Компоненты, армированные непрерывным волокном, производятся с определенными свойствами материала. Их все чаще используют в облегченных конструкциях .

• Стеклопластик из ткани или холста
• Стеклопластик, изготовленный из ровницы или однонаправленных тканей / холстов (изготовленных с использованием процесса вытяжки прядей )
• Смешанные формы из перечисленных выше типов

В качестве матрицы обычно используются дуропласты . Например, композитный материал, сделанный из тканых матов из стекловолокна и полиэфирной смолы, стал известен под термином « стекловолокно» .

Приложения (выбор)

• Армирование в бетонных конструкциях
• Рессоры
• Душевые поддоны и ванны
• Детали автомобиля (например, капоты, крылья)
• Оболочки и преобразования
• Мелкие формованные детали
• Альпинистские приспособления для озеленения фасадов вьющимися растениями
• Профили и арматура
• Трубка
• Лопасти ротора для ветряных турбин и вертолетов
• Фюзеляжи и крылья планеров или мощных самолетов
• Корпуса катеров и яхт
• Автомобильные обтекатели в автомобильных гонках
• Слайды для детских площадок
• Дубинки и смычки для скрипки
• Облицовка и фасады
• Конечности для арбалетов
• Комплектующие для рыбалки
• Кронштейн для трамвайных линий
• Ангарные и промышленные ворота
• Печатные платы
• Градирни
• Защитный чехол для передающих антенн УВЧ
• Емкости для пищевой и химической промышленности
• Изготовление скульптур

Проблемы производства и обработки

При использовании полиэфирных смол выделяются пары стирола. Они раздражают слизистые оболочки и дыхательные пути. Поэтому GefStoffV предписывает максимальный предел профессионального воздействия (AGW) 86 мг / м³. При определенных концентрациях может даже возникнуть взрывоопасная смесь . При дальнейшей обработке стеклопластиковых компонентов (шлифовка, резка, распиловка) в значительных количествах возникает мелкая пыль и стружка со стекловолокном, а также липкая пыль. Это влияет на здоровье человека и функциональность машин и систем. Установка эффективных систем вытяжки и фильтрации необходима для соблюдения правил техники безопасности и обеспечения долгосрочной экономической эффективности .

Утилизация / переработка

Стеклопластик может быть добавлен в производство цемента в качестве заменителя топлива, при этом пластиковый компонент обеспечивает энергию, а стеклянный компонент становится частью цементного сырья. Компания Neocomp GmbH разработала этот процесс и в настоящее время использует его (по состоянию на сентябрь 2019 г.).

Смотри тоже

• Формовочная масса для сыпучих материалов
• Волокнистый композит
• Состав для формования листов

веб ссылки

• Институт композитных материалов GmbH
• АВК - Промышленное объединение армированных пластиков e. В.

литература

• Детлеф Йенс: Классические яхты. Том 2: Пластиковая революция. Koehlers Verlagsgesellschaft, Гамбург 2007, ISBN 978-3-7822-0945-8 .
• Фолькер Тюршманн: Без пыли и без паров стирола. В: Plastverarbeiter Online. Hüthig GmbH, 26 мая 2011, доступен на 11 апреля 2016 года . 

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Х. Шюрманн: Строительство из композитных материалов и пластика. Springer, 2005, ISBN 978-3-540-40283-1 .
2. ↑ АВК - Промышленное объединение армированных пластиков e. В. (Ред.): Справочник волокнистых композиционных пластиков. Vieweg + Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-0881-3 .
3. ↑ Ю.В.Апальков: Корабли ВМФ СССР. Том IV - Десантные и минно-тральные корабли. Санкт-Петербург 2007, ISBN 978-5-8172-0135-2 , стр. 111 и далее
4. ↑ Варианты утилизации лопастей ротора береговых ветряных турбин (PDF)  ( страница больше не доступна , поиск в веб-архивах )  Информация: ссылка была автоматически помечена как дефектная. Проверьте ссылку в соответствии с инструкциями и удалите это уведомление. Справочный документ Немецкой ассоциации ветроэнергетики ; доступ 4 февраля 2018 г.@ 1@ 2Шаблон: Dead Link / www.wind-energie.de  
5. ↑ Эльмар Виттен, Томас Краус, Михаэль Кюнель : Обзор рынка композитов, 2015 г. (PDF; 1,3 МБ) В: avk-tv.de. АВК - производственное объединение армированных пластиков , 21 сентября 2015 года, доступ на 11 апреля 2016 года . 
6. ↑ Фолькер Тюршманн, Кристиан Якщик, Ханс-Юрген Роте: Решение проблем в производстве стеклопластика - Тема: Чистый воздух при производстве деталей из армированного стекловолокном пластика (GRP). (PDF) (Больше не доступно в Интернете.) In: ult.de. ULT AG, март 2011, архивируются с оригинала на 13 августа 2012 года ; Проверено 11 апреля 2016 года . 
7. ↑ Ответ на устный вопрос: Как утилизировать ветряк? Институт окружающей среды, энергетики, строительства и защиты климата Нижней Саксонии, 15 июня 2017 г., по состоянию на 23 сентября 2019 г.
8. ↑ Саймон Шомекер: Переработка стеклопластика: ветряные турбины становятся дорожным покрытием . Deutschlandfunk , 10 февраля 2017 г .; доступ 23 сентября 2019 г.