tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym;

Tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym , często również krótkim tworzywem wzmocnionym włóknem szklanym ( GFK ) ( ang. GFRP - tworzywo wzmocnione włóknem szklanym ), jest kompozytem włókno-plastiku wykonanym z tworzywa sztucznego i włókien szklanych . Jako podstawę można stosować zarówno tworzywa termoutwardzalne (np. żywica poliestrowa [UP] lub żywica epoksydowa ) jak i termoplastyczne (np. poliamid ).

Ciągłe włókna szklane zostały po raz pierwszy wyprodukowane przemysłowo w USA w 1935 roku jako włókna wzmacniające. Masową produkcję rozwinęły w latach 30. XX wieku Games Slayter (Owens Corning) i inne – w tym czasie materiał ten służył głównie do ocieplania domów. Pierwszym samolotem wykonanym z TWS był Fs 24 Phönix z Akaflieg Stuttgart z 1957 roku.

GRP jest również znany potocznie jako włókno szklane . Słowo włókno szklane to anglicyzm, który powstał z włókna szklanego ( AE ) lub włókna szklanego ( BE ), angielskiego słowa oznaczającego włókno szklane. W świecie niespecjalistycznym często mówią o włóknach tylko wtedy, gdy mówią o GRP lub plastiku wzmocnionym włóknem węglowym (CFRP). Jednak zawsze chodzi o tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami, ponieważ bez matrycy z tworzywa sztucznego, która nadaje kształt i powierzchnię, komponenty w ogóle nie byłyby możliwe do wyprodukowania.

Właściwości i obszary zastosowania

nieruchomości
Rodzaj włókna : E- włókno szklane Rodzaj matrycy: żywica epoksydowa Udział objętościowy włókna 60% Wszystkie dane są charakterystycznymi wartościami średnimi
Podstawowe wielkości sprężystości
${\ styl wyświetlania E _ {\ |}}$	44 500 N/mm²
${\ displaystyle E _ {\ perp}}$	13.000 N/mm²
${\ styl wyświetlania G _ {\ sprawa \ |}}$	5600 N/mm²
${\ styl wyświetlania G _ {\ sprawca \ sprawca}}$	5 100 N/mm²
${\ styl wyświetlania \ nu _ {\ | \ sprawa}}$	0,25
gęstość
${\ styl wyświetlania \ rho}$	2,0 g/cm³
Siła podstawowa
${\ styl wyświetlania R _ {\ |} ^ {+}}$	1000 N/mm²
${\ styl wyświetlania R _ {\ |} ^ {-}}$	900 N/mm²
${\ displaystyle R _ {\ perp} ^ {+}}$	50 N/mm²
${\ displaystyle R _ {\ perp} ^ {-}}$	120 N/mm²
${\ styl wyświetlania R _ {\ sprawa \ |}}$	70 N/mm²
Współczynnik rozszerzalności cieplnej
${\ styl wyświetlania \ alfa _ {\ |}}$	7 · 10-6 1 / K
${\ styl wyświetlania \ alfa _ {\ sprawa}}$	27 · 10-6 1 / K

Przerwa GRP w SEM w reprezentacji stereoskopowej , powiększenie 50× (na podstawie negatywu średniego formatu )

Przerwa GRP w SEM w reprezentacji stereoskopowej, powiększenie 200 × (na podstawie negatywu średnioformatowego)

Przerwa GRP w SEM w reprezentacji stereoskopowej, powiększenie 500 × (na podstawie negatywu średnioformatowego)

Przerwa GRP w SEM w reprezentacji stereoskopowej, powiększenie 1000 × (na podstawie negatywu średnioformatowego)

Kopia starożytnego rzymskiego posągu z włókna szklanego w Muzeum Santa Giulia w Brescia

Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym są ekonomicznym, a jednocześnie bardzo wysokiej jakości kompozytem włókno-plastik . W zastosowaniach, które podlegają dużym obciążeniom mechanicznym, tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym występują wyłącznie jako włókna ciągłe w tkaninach lub taśmach UD .

W porównaniu do kompozytów włóknisto-plastikowych wykonanych z innych włókien wzmacniających, tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym w połączeniu z odpowiednią matrycą z tworzywa sztucznego ma duże wydłużenie przy zerwaniu, wysoką absorpcję energii sprężystej, ale stosunkowo niski moduł sprężystości . Nawet w kierunku włókien jest poniżej aluminium. Dlatego nie nadaje się do elementów o wysokich wymaganiach dotyczących sztywności, ale jest dobry do sprężyn piórowych i podobnych elementów.

Tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym ma doskonałe właściwości antykorozyjne nawet w agresywnym środowisku. To sprawia, że ​​jest odpowiednim materiałem na zbiorniki w budowie instalacji lub kadłuby łodzi. Ponieważ kadłuby te są również niemagnetyczne , materiał ten został użyty do budowy trałowców już w 1966 roku .

W tych zastosowaniach brana jest pod uwagę wyższa niż gęstość leżenia tworzywa wzmocnionego włóknem węglowym .

Dzięki odpowiedniej matrycy tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym ma dobry efekt izolacji elektrycznej, co czyni go bardzo przydatnym materiałem w elektrotechnice. Szczególnie izolatory, które muszą przenosić duże obciążenia mechaniczne, są wykonane z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym. Szafy rozdzielcze do użytku zewnętrznego są często wykonane z GRP ze względu na trwałość i stabilność materiału.

Sytuacja na rynku

W 2015 roku w Europie wyprodukowano około 1 069 000 ton GRP. Najważniejszym klientem była branża transportowa (35% całości), następnie budowlana (w tym łopaty wirników do turbin wiatrowych) oraz branża elektroniki i sprzętu sportowego z 30%.

W 2014 roku w Europie przetworzono następujące ilości tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym:

• Pojemniki i rury, głównie w procesie nawijania włókien i wirowania: 145mi⁶ kg
• GMT i LFT (patrz półprodukty z matrycą włóknistą ): 121mi⁶ kg
• Procesy ciągłe, takie jak: B. Pultruzja : 132mi⁶ kg
• Procedura RTM : 132mi⁶ kg
• Naciśnięcie SMC i BMC : 264mi⁶ kg
• Metody otwartego formularza, takie jak B. Laminowanie ręczne lub natryskiwanie włókien: 232mi⁶ kg
• inne zabiegi: 17mi⁶ kg

W 2014 r. w Europie przetworzono łącznie 1043 tys. ton plastiku wzmocnionego włóknem szklanym.

sortuje

Niektóre typowe rodzaje tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym to:

Typowe komponenty

Komponenty wzmocnione krótkimi i długimi włóknami

Komponenty wzmocnione krótkimi włóknami są używane głównie jako okładziny lub są produkowane ze względu na ich dobrą kowalność i dużą swobodę projektowania. Komponenty wzmocnione krótkimi włóknami mają zwykle zachowanie quasi-izotropowe , ponieważ włókna krótkie są rozmieszczone losowo. Podczas formowania wtryskowego termoplastów wzmocnionych krótkimi włóknami może powstać słabo zaznaczona ortotropia . Włókna są zorientowane wzdłuż linii przepływu. Dodatek krótkich włókien szklanych do tworzyw termoplastycznych poprawia ich sztywność, wytrzymałość, a zwłaszcza ich zachowanie w wysokich temperaturach. Pełzanie krótkich włókien wzmocnionych tworzyw termoplastycznych jest mniejsza niż w przypadku materiału bazowego.

Komponenty wzmocnione włóknami ciągłymi

Komponenty wzmocnione ciągłymi włóknami są produkowane z określonymi właściwościami materiału. Coraz częściej stosowane są w lekkim budownictwie .

• GRP wykonane z tkanin lub płótna
• GRP wykonane z niedoprzędów lub tkanin jednokierunkowych / płótna (wytwarzane w procesie ciągnienia nici )
• Mieszane formy z wyżej wymienionych typów

Jako matrycę zwykle stosuje się duroplasty . Na przykład materiał kompozytowy wykonany z tkanych mat z włókna szklanego i żywicy poliestrowej stał się znany pod nazwą włókna szklanego .

Aplikacje (wybór)

• Zbrojenie w konstrukcjach betonowych
• Sprężyny piórowe
• Brodziki i wanny
• Części pojazdu (np. maski, błotniki)
• Pochwy i konwersje
• Małe części formowane
• Pomoce wspinaczkowe do zazieleniania elewacji roślinami pnącymi
• Profile i wzmocnienia
• Rura
• Łopaty wirnika turbin wiatrowych i helikopterów
• Kadłuby i skrzydła szybowców lub samolotów z napędem o wysokich osiągach
• Kadłuby łodzi i jachtów
• Owiewki samochodowe w wyścigach samochodowych
• Zjeżdżalnie / zjeżdżalnie na placu zabaw
• Pałki i smyczki do skrzypiec
• Okładziny i elewacje
• Kończyny do kuszy
• Komponenty wędkarskie
• Wspornik do napowietrznych linii tramwajowych
• Bramy hangarowe i przemysłowe
• Obwody drukowane
• Wieże chłodnicze
• Pokrowiec ochronny na anteny nadawcze UHF
• Zbiorniki dla przemysłu spożywczego i chemicznego
• Produkcja rzeźb

Problemy z produkcją i przetwarzaniem

Przy stosowaniu żywic poliestrowych wydzielają się opary styrenu. Podrażniają błony śluzowe i drogi oddechowe. Dlatego GefStoffV określa maksymalny limit narażenia zawodowego (AGW) na 86 mg / m³. W pewnych stężeniach może nawet powstać mieszanina wybuchowa . Podczas dalszej obróbki elementów z TWS (szlifowanie, cięcie, piłowanie) w znacznych ilościach powstają drobne pyły i wióry z włóknami szklistymi oraz pyły lepkie. Wpływają one na zdrowie ludzkie oraz funkcjonalność maszyn i systemów. Instalacja skutecznych systemów odciągowych i filtrujących jest konieczna, aby zapewnić przestrzeganie przepisów BHP i zagwarantować długoterminową efektywność ekonomiczną .

Utylizacja/recykling

GRP można dodawać do produkcji cementu jako paliwo zastępcze, przy czym składnik z tworzywa sztucznego dostarcza energię, a składnik szklany staje się częścią surowca cementowego. Neocomp GmbH opracował ten proces i obecnie z niego korzysta (stan na wrzesień 2019 r.).

Zobacz też

• Masowa masa do formowania
• Kompozyt włóknisty
• Mieszanka do formowania blach

linki internetowe

• Instytut Materiałów Kompozytowych GmbH
• AVK - Przemysłowe Stowarzyszenie Tworzyw Zbrojonych mi. V.

literatura

• Detlef Jens: Klasyczne jachty. Tom 2: Rewolucja w tworzywach sztucznych. Koehlers Verlagsgesellschaft, Hamburg 2007, ISBN 978-3-7822-0945-8 .
• Volker Türschmann: Bez kurzu i bez oparów styrenu. W: Plastverarbeiter Online. Hüthig GmbH, 26 maja 2011, dostęp 11 kwietnia 2016 . 

Indywidualne dowody

1. ↑ H. Schürmann: Konstrukcje z kompozytów włóknisto-plastikowych. Springer, 2005, ISBN 978-3-540-40283-1 .
2. ↑ AVK - Przemysłowe Stowarzyszenie Wzmocnionych Tworzyw Sztucznych mi. V. (Red.): Podręcznik tworzyw sztucznych kompozytowych z włókien. Vieweg + Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-0881-3 .
3. ↑ Ю. В. Апальков: Корабли ВМФ СССР. Tom IV - Десантные i минно-тральные корабли. Sankt Petersburg 2007, ISBN 978-5-8172-0135-2 , s. 111 i nast.
4. ↑ Opcje recyklingu łopat wirnika z lądowych turbin wiatrowych (PDF)  ( strona niedostępna , szukaj w archiwach internetowych )  Info: Link został automatycznie oznaczony jako uszkodzony. Sprawdź link zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie. Dokument informacyjny Niemieckiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej ; dostęp w dniu 4 lutego 2018 r.@1@2Szablon: Dead Link / www.wind-energie.de  
5. ↑ Elmar Witten, Thomas Kraus, Michael Kühnel: Raport o rynku kompozytów 2015. (PDF; 1,3 MB) W: avk-tv.de. AVK - Industrial Association for Reinforced Plastics , 21 września 2015, dostęp 11 kwietnia 2016 . 
6. ↑ Volker Türschmann, Christian Jakschik, Hans-Jürgen Rothe: Rozwiązania problemów w produkcji GRP - Temat: Czyste powietrze w produkcji elementów z tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknem szklanym (GRP). (PDF) (Nie jest już dostępny online.) W: ult.de. ULT AG, marzec 2011, archiwum z oryginałem na 13 sierpnia 2012 roku ; Źródło 11 kwietnia 2016 . 
7. ↑ Odpowiedz na pytanie ustne: Jak pozbyć się turbiny wiatrowej? Dolnosaksoński Instytut Ochrony Środowiska, Energii, Budownictwa i Klimatu, 15.06.2017, dostęp 23.09.2019.
8. ↑ Simon Schomäcker: Recykling plastiku z włókna szklanego: Turbiny wiatrowe stają się nawierzchnią dróg . Deutschlandfunk , 10 lutego 2017 r.; udostępniono 23 września 2019 r.