Einführung
In anspruchsvollen Umgebungen – von chemischen Verarbeitungsanlagen bis hin zu Meeresstrukturen – müssen Materialien aggressiven Medien standhalten, ohne Einbußen bei Festigkeit oder Haltbarkeit hinnehmen zu müssen. Epoxid-Glasfaserverbundstoffe haben sich als Lösung der Wahl herausgestellt und kombinieren die Zähigkeit von Epoxidharz mit den hohen Zugeigenschaften der Glasfaserverstärkung. Dieser Leitfaden befasst sich mit der Zusammensetzung, den Leistungsmerkmalen, den Herstellungstechniken und den wichtigsten Anwendungen. Als Bonus stellen wir Ihnen kurz alternative korrosionsbeständige Kunststoffe und Verbundwerkstoffe vor, um Ihnen dabei zu helfen, Ihre Materialauswahl an jedes Projekt anzupassen.
1. Was macht Epoxid-Glasfaserverbundwerkstoffe so besonders?
1.1 Zusammensetzung und Struktur
Matrix (Epoxidharz):
Zweikomponentensysteme (Epoxidmonomer + Härter) bilden beim Aushärten ein eng vernetztes Netzwerk.
Bietet hervorragende Haftung, geringe Schrumpfung und gute Dimensionsstabilität.
Verstärkung (Glasfaser):
Üblicherweise E-Glas- oder höherwertige S-Glasfasern.
Erhältlich als gewebte Stoffe, unidirektionale Bänder oder geschnittene Matten, sodass Designer die Festigkeit und Steifigkeit in die gewünschten Richtungen optimieren können.
Produkttyp:
1.2 Mechanische Eigenschaften
| Eigentum | Typischer Bereich | Bedeutung |
| Zugfestigkeit | 600–1000 MPa | Hält hohen Zugbelastungen stand |
| Biegefestigkeit | 300–600 MPa | Beständig gegen Biegung unter Last |
| Elastizitätsmodul | 20–30 GPa | Bestimmt die Steifigkeit |
| Faservolumenanteil | 40–60 % | Kontrolliert das Gleichgewicht zwischen Kraft und Gewicht |
| Dichte | 1,8–2,0 g/cm³ | Leichte Alternative zu Metallen |
| Wärmeformbeständigkeitstemp. | 60–100 °C | Begrenzt die Dauerbetriebstemperatur |
2. Korrosionsbeständigkeit und Umweltverträglichkeit
Epoxid-Glasfaserverbundstoffe sind bekannt für ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven Chemikalien:
Starke Säuren und Laugen: Außergewöhnliche Stabilität im pH-Bereich von 2 bis 12, wodurch sie sich ideal für chemische Lagertanks und Rohrleitungen eignen.
Salzlösungen und Meerwasser: Meeresstrukturen profitieren von einer minimalen Verschlechterung in chloridreichen Umgebungen.
UV- und Witterungseinflüsse: Additive und Klarlacke können die Lebensdauer im Außenbereich verlängern, indem sie ultraviolette Strahlung blockieren.
Hinweis: Direkter Kontakt mit aggressiven organischen Lösungsmitteln (z. B. Ketone, Ester) kann zusätzliche Barrierebeschichtungen erfordern, um ein Anschwellen der Matrix zu verhindern.
3. Herstellungstechniken
Mehrere etablierte Prozesse ermöglichen flexible Produktionsmengen und Teilekomplexitäten:
Handauflegen:
Manuelle Platzierung von Faserlagen, die durch Auftragen von Harz mit Pinsel oder Rolle benetzt werden.
Geringe Werkzeugkosten, geeignet für großformatige oder kleinvolumige Teile.
Vakuumunterstütztes Harztransferformen (VARTM):
In eine Form gelegte Fasern werden unter Vakuum versiegelt; Harz wird eingesaugt, um die Bewehrung zu infiltrieren.
Bietet eine bessere Faserbenetzung, einen geringeren Hohlraumgehalt und gleichmäßigere mechanische Eigenschaften.
Aushärtung im Autoklaven:
Vorimprägnierte („Prepreg“) Gelege werden unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ausgehärtet.
Ergibt einen hohen Faservolumenanteil und minimale Porosität – bevorzugt in Luft- und Raumfahrt- und Hochleistungs-Schiffsanwendungen.
Formpressen:
Gehackte Faser-Harz-Mischungen werden in beheizte Formen gegeben und in Form gepresst.
Gut geeignet für mittelgroße, mäßig komplexe Komponenten.
4. Typische Anwendungen
Ausrüstung für die chemische Verarbeitung: Lagertanks, Wäscher und Rohrleitungen für Säuren, Laugen und Lösungsmittel.
Wasser- und Abwasserbehandlung: Klärbecken, Filtergehäuse und Rohrleitungen, die Chloriden und anderen Verunreinigungen ausgesetzt sind.
Marine und Offshore: Rumpfpaneele, Gitter und Strukturstützen sind beständig gegen Korrosion und Biofouling.
Infrastruktur: Brückengeländer, Lärmschutzwände und Architekturplatten, die Ästhetik mit Langlebigkeit verbinden.
Erneuerbare Energie: Rotorblätter von Windkraftanlagen nutzen die Ermüdungsbeständigkeit und das geringe Gewicht von Glasfaser/Epoxidharz.
5. Vorteile und Einschränkungen
| Vorteile | Einschränkungen |
| Hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht | Die Betriebstemperatur ist im Allgemeinen auf ~100 °C begrenzt |
| Hervorragende Korrosions- und Witterungsbeständigkeit | Für die Lösungsmittelbeständigkeit können zusätzliche Beschichtungen erforderlich sein |
| Hochgradig anpassbare Faserorientierung und -geometrie | Längere Aushärtungszyklen und potenzielle manuelle Arbeitskosten |
| Elektrische Isolationseigenschaften | Weniger duktil als einige thermoplastische Alternativen |
6. Andere korrosionsbeständige Kunststoffe und Verbundwerkstoffe
Vinylester-Glasfaser (VE-GFRP): Kombiniert die Korrosionsbeständigkeit von Epoxidharz mit den Kostenvorteilen von Polyester. Funktioniert bis zu ~120 °C.
Ungesättigtes Polyester-GFRP (UP-GFRP): Wirtschaftlich, geeignet für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen (<80 °C) in der Entwässerung und in unterirdischen Rohrleitungen.
Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFRP): Die Kohlenstoffverstärkung in Epoxidharz oder anderen Hochleistungsharzen sorgt für überlegene Steifigkeit und Ermüdungslebensdauer zu einem höheren Preis.
Hochleistungsfähige thermoplastische Verbundwerkstoffe (PEEK-GFRP, PEI-GFRP): Kombinieren Sie thermoplastische Zähigkeit mit Faserfestigkeit für Anwendungen über 150 °C oder in strahlungsreichen Umgebungen.
Mit Fluorpolymer ausgekleidete Systeme (PTFE, PFA, PVDF): Bieten nahezu universelle chemische Beständigkeit, sind jedoch schwerer und weniger steif als Faserverbundwerkstoffe.
7. Das richtige Material auswählen
Wägen Sie bei der Auswahl eines korrosionsbeständigen Verbundwerkstoffs die folgenden Faktoren ab:
Chemische Belastung: Identifizieren Sie Lösungsmittel, Säuren, Laugen und deren Konzentrationen.
Betriebstemperatur: Stellen Sie sicher, dass die Wärmeformbeständigkeitstemperatur des Materials über den Betriebsbedingungen liegt.
Mechanische Belastungsanforderungen: Passen Sie Zug-, Biege- und Schlagfestigkeit an die Anwendungsanforderungen an.
Fertigungsüberlegungen: Werkzeugkosten, Produktionsvolumen und Teilekomplexität in Einklang bringen.
Lebenszyklus und Wartung: Berücksichtigen Sie die erwartete Lebensdauer, Inspektionsintervalle und Reparaturfähigkeit.
Abschluss
Epoxidglasfaserverbundwerkstoffe zeichnen sich als vielseitige Hochleistungsmaterialien für korrosive Umgebungen aus. Durch das Verständnis ihrer Zusammensetzung, Verarbeitungsmethoden und Serviceeigenschaften können Ingenieure und Planer branchenübergreifend ihr volles Potenzial ausschöpfen. Für Projekte, die extreme Chemikalienbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit oder ultraleichte Konstruktion erfordern, bieten alternative Systeme – von Vinylester-Verbundwerkstoffen bis hin zu Fluorpolymer-Auskleidungen – ergänzende Lösungen.
