Die üblicherweise verwendeten Fasern für Strukturelemente in GFK-Strukturprofilen bestehen aus langem Endlosglas. Wenn die Fasern gezogen (Zugfestigkeit) werden, zeigen sie ein elastisch-brüchiges Verhalten, ohne weiteren Beitrag der Widerstand nach der Elastizitätsgrenze und Erweichung über Querschnitte; Wenn sie zusammengedrückt werden, ist die Reaktion unzureichend gegen die vorhergehende und im Gegenteil zu Stahl, der ein homogenes und symmetrisches Verhalten (isotrop) aufweist.
| Verstärkungsfaser | Zugfestigkeit [MPa] | Elastizitätsmodul [GPa] | Bruchdehnung [‰] | Längenausdehnungskoeffizient[10-6 °C-1] | Wärmeausdehnungskoeffizient in radialer Richtung [10-6 °C-1] |
| Kohlenstoff fasern | 2400 – 5700 | 290 – 400 | 3 – 18 | -1,6 – 0,1 | 7 – 12 |
| Aramid fasern | 2400 – 3150 | 62 – 142 | 15 – 44 – 3 | 60 | / |
| Glass fasern | 3300 – 4500 | 72 – 87 | 48 – 50 | 3 – 5 | / |
| PVA | 870 – 1350 | 8 – 28 | 90 – 170 | / | / |
Tabelle 1 – Mechanische Eigenschaften der Hauptverstärkungsfasern
(Salvatore Russo, „Verbundstrukturen”, Hoepli)
Die Matrize muss hauptsächlich eine Schutz- und Kohäsionsfunktion gegenüber den harzgetränkten Fasern ausführen, indem Material- und Verhaltenskontinuität für das Endprodukt verschaffen und die ordnungsgemäße Übertragung der Kräfte in den Querschnitten gewährleistet wird. Im Gegenteil dazu zeigen die Kennwerte von Impraegnierharzen einen negativen Einfluss auf die elastische Reaktion, die Zugfestigkeit und die Druckfestigkeit des Verbundwerkstoffes, wie in der Tabelle unten gezeigt.
| Matrize | Longitudinaler Traktionsmodul Ei [GPa] | Zugfestigkeit si [MPa] | Dichte g [g/cm3] | Biege-Elastizitäts-modul [GPa] | Wärmeausdehnungs-koeffizient [10-6 °C] | Wasseraufnahme [%] |
| Polyester | 2,0 – 4,5 | 40 – 105 | 1,2 – 1,4 | / | 50 – 100 | 0,14 – 0,7 |
| Epoxyharzen | 2,5 – 4,5 | 50 – 135 | 1,1 – 1,3 | / | 40 – 65 | 0,10 – 0,15 |
| Polyamid | / | 110 – 120 | 1,40 | 3,0 – 5,0 | 90 | 0,20 – 0,30 |
| Phenolharz | / | 50 – 60 | 1,30 | / | 40 – 120 | 0,10 – 0,20 |
Tabelle 2 – Mechanische Eigenschaften der Hauptarten von duroplastischen Matrizen
(Salvatore Russo, „Verbundstrukturen, Hoepli)
Das Produkt, das aus der Vereinigung dieser beiden Materialien entsteht, stellt deshalb kein positives Ergebnis ihrer Leistungen dar, sondern eine Kombination von charakteristischen Merkmalen der Matrizen und Fasern: die hohe Zugfestigkeit der Fasern ist durch schlechte Eigenschaften der Harze gemildert, die jedoch Duktilität der Formen, Kohäsionsmaterial und eine homogene mechanische Antwort gewährleistet.
| Material | Dichte g [gcm3] | Zugfestigkeit [MPa] | Longitudinaler Elastizitätsmodul [GPa] | Bruchdehnung [‰] | Längenausdehnungskoeffizient
. [10-6 °C-1] |
| GFRP (glasfaserverstärkter Polymer) | 1500 – 2200 | 600 – 800 | 30 – 42 | 14 – 20 | 10 |
| CFRP (glasfaserverstärkter Kohlenstoff) | 1500 – 2200 | 1200 – 3000 | 110 – 160 | 12 – 15 | 0 |
| AFRP (glasfaserverstärkter Aramid) | 1500 – 2200 | 1000 – 1800 | 46 – 72 | 25 – 40 | – 6 |
Tabelle 3 – Mechanische Eigenschaften der gebräuchlichsten Verbundwerkstoffe
(Salvatore Russo, „Verbundstrukturen”, Hoepli)
[demnächst zweiter Teil von „Verhalten von pultrudierten GFK Profilen”]
