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Im Allgemeinen galt Glasfaser bisher als anorganisches, nichtmetallisches Material. Mit zunehmender Forschung wissen wir jedoch, dass es viele verschiedene Glasfasertypen gibt, die hervorragende Eigenschaften und zahlreiche Vorteile aufweisen. Beispielsweise ist ihre mechanische Festigkeit besonders hoch, und auch ihre Hitze- und Korrosionsbeständigkeit sind sehr gut. Natürlich ist kein Material perfekt, und auch Glasfaser hat Schwächen, die nicht außer Acht gelassen werden dürfen: Sie ist nicht verschleißfest und neigt zur Sprödigkeit. Daher müssen wir in der Praxis unsere Stärken nutzen und unsere Schwächen vermeiden.

Die Rohstoffe für Glasfasern sind leicht zu gewinnen und bestehen hauptsächlich aus Altglas oder Glasprodukten. Glasfasern sind sehr fein; mehr als 20 einzelne Glasfasern entsprechen zusammen der Dicke eines Haares. Glasfasern werden üblicherweise als Verstärkungsmaterial in Verbundwerkstoffen eingesetzt. Dank der intensivierten Glasfaserforschung der letzten Jahre spielen sie eine immer wichtigere Rolle in Produktion und Alltag. Die folgenden Artikel beschreiben hauptsächlich den Herstellungsprozess und die Anwendung von Glasfasern. Dieser Artikel stellt die Eigenschaften, Hauptbestandteile, wichtigsten Merkmale und die Materialklassifizierung von Glasfasern vor. Die folgenden Artikel befassen sich mit dem Herstellungsprozess, Sicherheitsaspekten, Hauptanwendungen, dem Status quo der Branche und den Entwicklungsperspektiven.

IEinleitung

1.1 Eigenschaften von Glasfasern

Eine weitere hervorragende Eigenschaft von Glasfasern ist ihre hohe Zugfestigkeit, die im Normalzustand 6,9 g/d und im nassen Zustand 5,8 g/d erreichen kann. Aufgrund dieser ausgezeichneten Eigenschaften werden Glasfasern häufig als Verstärkungsmaterial eingesetzt. Sie haben eine Dichte (A) von 2,54. Glasfasern sind zudem sehr hitzebeständig und behalten ihre Eigenschaften bis 300 °C. Dank ihrer elektrischen Isolierfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit werden sie auch häufig als Wärmedämm- und Abschirmmaterial verwendet.

1.2 Hauptzutaten

Die Zusammensetzung von Glasfasern ist relativ komplex. Die allgemein bekannten Hauptbestandteile sind Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Natriumoxid, Boroxid, Aluminiumoxid, Calciumoxid usw. Der Durchmesser eines Glasfasermonofilaments beträgt etwa 10 Mikrometer, was etwa einem Zehntel des Haardurchmessers entspricht. Jedes Faserbündel besteht aus Tausenden von Monofilamenten. Die Herstellungsprozesse variieren leicht. Üblicherweise liegt der Siliziumdioxidanteil in Glasfasern zwischen 50 % und 65 %. Glasfasern mit einem Aluminiumoxidanteil von über 20 % weisen eine relativ hohe Zugfestigkeit auf und gelten daher als hochfeste Glasfasern. Alkalifreie Glasfasern hingegen enthalten in der Regel etwa 15 % Aluminiumoxid. Um einen höheren Elastizitätsmodul zu erzielen, muss der Magnesiumoxidanteil über 10 % liegen. Durch den geringen Eisen(III)-oxid-Anteil in den Glasfasern wird deren Korrosionsbeständigkeit in unterschiedlichem Maße verbessert.

1.3 Hauptmerkmale

1.3.1 Rohstoffe und Anwendungen

Im Vergleich zu anorganischen Fasern weisen Glasfasern überlegene Eigenschaften auf. Sie sind schwerer entflammbar, hitzebeständiger, wärmeisolierend, formstabiler und zugfester. Allerdings sind sie spröde und verschleißfest. Als Verstärkungsmaterial für Kunststoffe oder Gummi besitzen Glasfasern folgende Eigenschaften:

(1) Seine Zugfestigkeit ist besser als die anderer Materialien, aber seine Dehnung ist sehr gering.

(2) Der Elastizitätskoeffizient ist besser geeignet.

(3) Innerhalb der Elastizitätsgrenze kann sich die Glasfaser lange dehnen und ist sehr zugfest, sodass sie bei einem Aufprall eine große Menge Energie absorbieren kann.

(4) Da Glasfaser eine anorganische Faser ist, bietet die anorganische Faser viele Vorteile: Sie ist nicht leicht zu entzünden und ihre chemischen Eigenschaften sind relativ stabil.

(5) Es ist nicht leicht, Wasser aufzunehmen.

(6) Hitzebeständig und von Natur aus stabil, reagiert nicht leicht.

(7) Es lässt sich sehr gut verarbeiten und kann zu hervorragenden Produkten in verschiedenen Formen wie Strängen, Filzen, Bündeln und Geweben verarbeitet werden.

(8) Kann Licht durchlassen.

(9) Da die Materialien leicht zu beschaffen sind, ist der Preis nicht hoch.

(10) Bei hohen Temperaturen verbrennt es nicht, sondern schmilzt zu flüssigen Kügelchen.

1.4 Klassifizierung

Glasfasern lassen sich nach verschiedenen Klassifizierungsstandards in zahlreiche Arten unterteilen. Hinsichtlich Form und Länge unterscheidet man zwischen Endlosfasern, Faservlies und Fasern mit fester Länge. Bezüglich ihrer Zusammensetzung, beispielsweise des Alkaligehalts, unterscheidet man zwischen alkalifreien, mittelalkalischen und hochalkalischen Glasfasern.

1.5 Produktionsrohstoffe

Für die industrielle Produktion von Glasfasern benötigen wir unter anderem Aluminiumoxid, Quarzsand, Kalkstein, Pyrophyllit, Dolomit, Soda, Mirabilit, Borsäure, Fluorit und gemahlene Glasfasern.

1.6 Produktionsmethode

Industrielle Herstellungsverfahren lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Bei der ersten werden Glasfasern zunächst geschmolzen und daraus kugelförmige oder stabförmige Glasprodukte mit kleineren Durchmessern hergestellt. Diese werden dann auf unterschiedliche Weise erhitzt und erneut geschmolzen, um feine Fasern mit einem Durchmesser von 3–80 µm zu gewinnen. Bei der zweiten Methode wird das Glas ebenfalls zuerst geschmolzen, jedoch werden daraus Glasfasern anstelle von Stäben oder Kugeln hergestellt. Die Faser wird anschließend mittels eines mechanischen Ziehverfahrens durch eine Platinlegierungsplatte gezogen. Die so entstandenen Produkte werden als Endlosfasern bezeichnet. Werden die Fasern durch eine Walzenanordnung gezogen, entstehen diskontinuierliche Fasern, auch bekannt als zugeschnittene Glasfasern oder Stapelfasern.

1.7 Benotung

Je nach Zusammensetzung, Verwendungszweck und Eigenschaften werden Glasfasern in verschiedene Qualitäten unterteilt. Folgende Glasfasern werden international vertrieben:

1.7.1 E-Glas

Es handelt sich um Boratglas, das im Alltag auch als alkalifreies Glas bezeichnet wird. Aufgrund seiner vielen Vorteile ist es das am weitesten verbreitete Glas. Obwohl es derzeit das am häufigsten verwendete Glas ist, weist es auch unvermeidliche Nachteile auf. Es reagiert leicht mit anorganischen Salzen und ist daher in saurer Umgebung schwer zu lagern.

1.7.2 C-Glas

In der Praxis wird es auch als mittelalkalisches Glas bezeichnet. Es zeichnet sich durch relativ stabile chemische Eigenschaften und gute Säurebeständigkeit aus. Zu seinen Nachteilen zählen die geringe mechanische Festigkeit und die schwachen elektrischen Eigenschaften. Die Normen variieren je nach Region. In der heimischen Glasfaserindustrie ist mittelalkalisches Glas borfrei. Im Ausland hingegen wird borhaltiges mittelalkalisches Glas verwendet. Nicht nur der Gehalt, sondern auch die Rolle des mittelalkalischen Glases im In- und Ausland unterscheiden sich. Im Ausland werden Glasfaser-Oberflächenmatten und Glasfaserstäbe aus mittelalkalischem Glas hergestellt. Es findet auch Anwendung in Asphalt. In China ist der Hauptgrund für seine weite Verbreitung der sehr niedrige Preis. Es wird in der Verpackungs- und Filtergewebeindustrie vielseitig eingesetzt.

Fiberglasstab

1.7.3 Glasfaser A Glas

In der Produktion wird es auch als Hochalkaliglas bezeichnet, das zu den Natriumsilikatgläsern gehört, aber aufgrund seiner Wasserbeständigkeit wird es im Allgemeinen nicht als Glasfaser hergestellt.

1.7.4 Fiberglas D-Glas

Es wird auch als dielektrisches Glas bezeichnet und ist im Allgemeinen der wichtigste Rohstoff für dielektrische Glasfasern.

1.7.5 Glasfaserhochfestes Glas

Seine Festigkeit ist um ein Viertel höher als die von E-Glasfasern, und sein Elastizitätsmodul ist höher. Aufgrund seiner vielfältigen Vorteile sollte es eigentlich weit verbreitet eingesetzt werden, wird aber aufgrund seiner hohen Kosten derzeit nur in einigen wichtigen Bereichen wie der Rüstungsindustrie und der Luft- und Raumfahrt verwendet.

1.7.5 Glasfaser-AR-Glas

Es wird auch als alkalibeständige Glasfaser bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine rein anorganische Faser, die als Verstärkungsmaterial in glasfaserverstärktem Beton verwendet wird. Unter bestimmten Bedingungen kann sie sogar Stahl und Asbest ersetzen.

1.7.6 Glasfaser E-CR-Glas

Es handelt sich um ein verbessertes, bor- und alkalifreies Glas. Da seine Wasserbeständigkeit fast zehnmal höher ist als die von alkalifreien Glasfasern, findet es breite Anwendung in der Herstellung wasserfester Produkte. Darüber hinaus ist es auch sehr säurebeständig und spielt eine führende Rolle bei der Herstellung und Anwendung von unterirdischen Rohrleitungen. Neben den oben genannten, gängigeren Glasfasern haben Wissenschaftler nun einen neuen Glasfasertyp entwickelt. Da es sich um ein borfreies Produkt handelt, entspricht es dem Wunsch nach Umweltschutz. In den letzten Jahren hat sich eine weitere Glasfaserart etabliert: die Doppelglasfaser. Sie findet sich beispielsweise in modernen Glaswolleprodukten.

1.8 Identifizierung von Glasfasern

Die Unterscheidung von Glasfasern ist besonders einfach: Man gibt die Glasfasern in Wasser, erhitzt es bis zum Siedepunkt und lässt es 6–7 Stunden stehen. Wenn sich die Kett- und Schussrichtung der Glasfasern dabei lockert, handelt es sich um alkalische Glasfasern. Je nach Norm existieren zahlreiche Klassifizierungsmethoden für Glasfasern, die im Allgemeinen nach Länge und Durchmesser, Zusammensetzung und Eigenschaften erfolgen.

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