Bestimmte technische Kunststoffe sind glasfaserverstärkt, d.h. Glasfasern wurden in das Polymer eingearbeitet, um bestimmte mechanische und dimensionale Eigenschaften zu verbessern. Dies wird oft als „glasfaserverstärkt“, „glasfaserarmierter Kunststoff“ oder einfach „GF“ bezeichnet.
Der Zusatz von Glasfasern hat erhebliche Vorteile, darunter erhöhte Steifigkeit, Festigkeit, Dimensionsstabilität und Verformungsbeständigkeit. Ingenieure sollten jedoch beachten, dass dies das Verhalten, die Verarbeitung, den Verschleiß und die Reaktion der Materialien auf Stöße verändern kann.
Das Verständnis dieser Änderungen ist unerlässlich, wenn Sie entscheiden, ob Ihr Projekt glasfaserverstärkte Komponenten erfordert.
Was ist eine glasfaserverstärkte Komponente?
Ein glasfaserverstärkter Kunststoff ist ein Verbundwerkstoff, der hauptsächlich aus einem Polymerharz besteht, das mit Glasfasern verstärkt ist.
Das Polymer bildet die kontinuierliche Matrix, während die Glasfasern als Verstärkung wirken. Zusammen können sie Eigenschaften erzeugen, die keines der Materialien allein bieten würde.
Unser Sortiment an glasfaserverstärkten Produkten:
- Polyetheretherketon GF30 (PEEK GF30)
- RENY (MXD6 GF50)
- Polyamid GF60 (PA66 GF60)
Die Zahl bezieht sich auf den prozentualen Gewichtsanteil der Glasfasern. Gängige Sorten sind: 10 %, 20 %, 30 %, 40 % oder sogar höher (wie wir sie auf Lager haben).
Warum Glasfasern zu Polymeren hinzufügen?
Unverstärkte technische Kunststoffe bieten Vorteile wie geringes Gewicht, Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit sowie elektrische Isolierung im Vergleich zu herkömmlichen Metallverbindern. Ihre Steifigkeit und Verformung unter Dauerlast bei erhöhten Temperaturen sind jedoch im Vergleich zu Metallprodukten begrenzt. Die Zugabe von Glasfasern kann diese Eigenschaften verbessern.
Das Ergebnis ist ein Material, das viele Vorteile von Kunststoff beibehält und gleichzeitig eine höhere strukturelle Leistung bietet.
1. Erhöhte Steifigkeit
Eine der wichtigsten Auswirkungen der Glasfaserverstärkung ist eine Erhöhung der Steifigkeit, die üblicherweise durch den Elastizitäts- oder Biegemodul des Materials dargestellt wird.
Glasfasern sind erheblich steifer als das umgebende Polymer. Wenn sie in das Material eingearbeitet werden, helfen sie, Verformungen unter Last zu widerstehen.
2. Verbesserte Festigkeit
Die Glasfaserverstärkung kann auch die Zug- und Biegefestigkeit erhöhen, abhängig vom Polymer, dem Fasergehalt, den Verarbeitungsbedingungen und der Faserorientierung.
Die Glasfasern tragen dazu bei, Lasten durch die Polymermatrix zu leiten, sodass der Verbundwerkstoff größeren Belastungen standhalten kann.
Dies macht glasfaserverstärkte Qualitäten attraktiv für Anwendungen, bei denen ein unverstärkter Kunststoff unter mechanischer Belastung verformen oder versagen könnte.
Eine höhere Festigkeit bedeutet jedoch nicht, dass sich das Material wie Metall verhält. Das Design muss immer noch die spezifischen mechanischen Eigenschaften und Versagensmodi des verstärkten Polymers berücksichtigen.
3. Bessere Dimensionsstabilität
Kunststoffe können aufgrund von Temperatur, Feuchtigkeitsaufnahme und mechanischer Belastung ihre Abmessungen ändern.
Die Glasfaserverstärkung kann einige dieser Dimensionsänderungen reduzieren.
Bei vielen Materialien senkt die Zugabe von Glasfasern den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) im Vergleich zum ungefüllten Polymer. Das bedeutet, dass sich die Komponente bei Temperaturänderungen weniger ausdehnen und zusammenziehen kann.
Für Präzisionskomponenten kann diese verbesserte Dimensionsstabilität äußerst wertvoll sein.
Nylon ist ein besonders nützliches Beispiel. Da Nylon Feuchtigkeit aufnehmen kann, können sich seine Abmessungen und mechanischen Eigenschaften je nach Umgebungsbedingungen ändern. Die Glasfaserverstärkung kann die Dimensionsstabilität verbessern, obwohl sie die Feuchtigkeitsaufnahme nicht eliminiert.
4. Verbesserte Kriechbeständigkeit
Kriechen ist die allmähliche Verformung eines Materials unter anhaltender Last.
Dies ist ein wichtiger Aspekt bei Kunststoffkomponenten, da Polymere sich im Laufe der Zeit weiter verformen können, selbst wenn die angelegte Last unterhalb ihrer Kurzzeitfestigkeitsgrenze bleibt.
Glasfasern helfen, diese Verformung zu widerstehen.
5. Verbesserte Leistung bei erhöhten Temperaturen
Mit steigender Temperatur werden viele Kunststoffe weniger steif und anfälliger für Verformungen.
Die Glasfaserverstärkung kann dem Material helfen, Steifigkeit und Dimensionsstabilität bei erhöhten Temperaturen beizubehalten.
Dies bedeutet nicht unbedingt, dass die Zugabe von Glasfasern jede Temperaturgrenze des Basispolymers dramatisch erhöht. Stattdessen kann die Verstärkung dem Material helfen, nützliche mechanische Eigenschaften bei steigender Temperatur zu erhalten.
Für Hochtemperaturanwendungen sollten Konstrukteure immer noch die Dauergebrauchstemperatur des Polymers, das Wärmeablenkungsverhalten, das Kriechverhalten und die Umgebungsbedingungen berücksichtigen.
Abschließende Gedanken
Die Verstärkung kann erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Steifigkeit, Festigkeit, Kriechbeständigkeit, Dimensionsstabilität und Leistung bei erhöhten Temperaturen bieten. Diese Vorteile machen glasfaserverstärkte Kunststoffe für anspruchsvolle Strukturbauteile und Befestigungselemente wertvoll.
Aber die Verstärkung bringt auch Kompromisse mit sich. Glasfaserverstärkte Materialien können abrasiver, anisotroper, schwerer und manchmal weniger geeignet für Anwendungen sein, die Flexibilität oder besondere Schlagzähigkeit erfordern.
Bei der Entscheidung, ob Ihr Projekt reguläre oder glasfaserverstärkte Polymerkomponenten erfordert, ist das Verständnis der Vorteile und Kompromisse entscheidend.