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”]

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