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Anleitung Verarbeitung GFK CFK Faserverbundwerkstoffe
So, hier also nochmal explizit in neuem Topic zur einfacheren Suche:
Das wird eine lange Geschichte:
GFK bedeutet Glasfaser Verstärkter Kunststoff (CFK bzw. KFK = Kohlefaser V. K.).
Hierbei handelt es sich um einen Faserverbundwerkstoff. Das Material hat also keine gleichmäßige, annähernd isotrope Struktur und Festigkeitskennwerte wie z. B. nicht kaltverformter Stahl, sondern ist in seiner Formgebung und in seinem Aufbau genau an die geforderte Belastung anzupassen.
Faserverbundwerkstoffe (z. B. auch Stahlbeton)bestehen im Groben aus zwei Komponenten:
Das Verstärkungsmaterial (Glas- oder Kohlefaserrovings, Stahlnetze, Partikel, oder, wie in unserem Beispiel, aus Rowings gewebte Matten (Gewebe)).
Eingebettet ist das Verstärkungsmaterial in eine es durchtränkende und chemisch Bindende (Adhäsion) Matrix, dies kann ein Polyesterharzsystem, Epoxydharz oder andere aushärtende Flüssigkeit sein.
FVKs sind immer in Längsrichtung zur Faser extrem Biegesteif (bei CFK gewichtsspezifische Festigkeit etwa 8x so hoch wie bei Baustahl), weisen quer zur Faserrichtung kaum Steifigkeit auf.
Somit lassen sich gezielt durch Ausrichten der Faser Lastpfade in ein Bauteil integrieren.
Um ein Bauteil wie z. B. eine Platte oder ein anderes Flächentragwerk zu konstruieren, werden mehrere Schichten entsprechenden Gewebes (CFK, GFK oder AFK="Kevlar") laminiert und verpresst. Das nach etwa 24-stündiger Aushärtung bei Raumtemperatur oder hohem Druck und hoher Temperatur im Autoklaven oder der Temperkammer entstandene Material heißt Laminat.
Verarbeitung:
Im Grunde hat mein Vorredner bereits alles schon zusammengefasst.
Ich möchte es dennoch anhand eines einfachen Beispiels etwas genauer beschreiben:
Herstellung einer Kohlefaserplatte von etwa 2 mm Dicke.
Benötigt werden:
etwa 0,5 qm Kohlefasergewebe (verschiedene Webungen und Dichten erhältlich. Empfohlen: 200g/qm, Köper [Diagonalwebung] oder Leinwand [klassische Webung])
Epoxydharzsystem (ca. 300 g Harz + ca. 120 g Härter; Mischungverhältnis nach Volumen: je nach Typ ca. 100:45)
EP-Gelcoat + Härter
Trennmittel
2 gleich große Glasscheiben (z. B. Bilderrahmenscheiben)
Rührgefäß und Borstenpinsel 40 mm
Arbeitsgänge:
Saubere und fettfreie Glasscheiben mit Trennmittel einreiben und nach Trocknung (2-5 min.) auspolieren. Bei Erstanwendung 4-5 mal wiederholen.
Angerührten EP-Gelcoat mit Pinsel oder Flauschrolle auftragen und einige Stunden gelieren lassen.
Der Gelcoat schafft eine hochglänzende und vor allem Porenfreie Oberfläche, die poliert werden kann.)
Zwischenzeitlich Kohlegewebe zuschneiden (ca. 8 Lagen werden benötigt)
Dann mit angemischtem EP-Harz auf EINER Scheibe beginnen:
Satt einstreichen, erste Lage Kohlegewebe auflegen und mit Pinsel glattstreichen und gut mit Harz durchtränken. Dann, wenn nötig, erneut vorsichtig satt Harz auftragen und nächste Lage, ...
Letzte Lage nicht mehr so dick einharzen, rest läuft sowieso beim Pressen raus.
Abschließend die zweite Glasscheibe mit Gelcoat auflegen und ausrichten. Dann mit schwerem Gegenstand (~ 5 KG) beschweren, darauf achten, daß sich die Glasscheiben nicht verschieben.
Nach 24h ist das Laminat ausgehärtet und kann vorsichtig entformt werden.
Bearbeitung mit Trennscheibe, feinem Metallsägeblatt oder Diamantwerkzeug.
Viel Erfolg. Und: wenns beim ersten Mal nicht so recht klappt: Übung macht den Meister.
Ach noch etwas zur Sicherheit:
FVK-Stäube stehen im Verdacht, krebserregend und allergen sensibilisierend zu wirken. Flüssiges EP- Harz kann bei wiederholtem Hautkontakt Allergien auslösen. Daher: Arbeiten nur mit Staubmaske (beim Sägen/Schleifen des fertigen Laminats) und Gummihandschuhen !!!
Außerdem ist das Laminieren eine fetzenmäßige Sauerei, daher Boden und Werkbank mit Kunststoffplane abdecken.
Der trocknungsprozeß von Epoxydharz ist irreversibel.
Kleidungsstücke werden unwiederbringlich versaut.
Einziges Reinigungsmittel: Aceton (z.B. für Pinsel).
Verdünnung und Konsorten nützen gar nichts.
Nach Trocknung sind Epoxydharz-verstärkte Faserverbundwerkstoffe hart, chemikalienbeständig (außer Aceton), biegesteif, lebensmittelecht und äußerst leicht (wenn man bedenkt, daß die Masse der erforderlichen Menge Stahl, um gleichge Festigkeit zu erhalten, etwa 8 mal so groß ist).
Speziell Kohlefaser (oder Carbon) ist extrem Biegesteif, versagt bei Überlastung aber schlagartig durch Bruch (Stahl verbiegt in der Regel, bevor er bricht, daher Überlastungsgrenze eindeutiger erkennbar).
Erhältlich sind alle erforderlichen Materialien z.B. bei der Firma R&G .(online unter diesem Link) . Allen interessierten lege ich zudem das etwa 10 Euro teuere R&G-Handbunch "Faserverbundwerkstoffe" ans Herz. Da steht alles und noch mehr zu diesem umfassenden Kapitel der Werkstoffkunde drin sowie Verarbeitung und Preisliste).
Das war's jetzt aber wirklich.
Viel Spaß beim Laminieren!!
Gruß
Tobias
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8 Antworten
Und wie ist das wenn ich das in einer Bestimmten Form haben will und das auf ner Schablone anwende? das ist dann nicht möglich das zu pressen.
Das mit der CFK-Platte war ja nur das einfachste Beispiel zur Verarbeitung. Die Vorgehensweise ist i. d. R. immer gleich, nur die Formen und/oder der Laminataufbau variieren. Möchtest Du ein Teil mit extravaganter dreidimensionaler Freiform, mußt Du Dir eine Form bauen (willst Du beide Seiten des Bauteils hochglänzend glatt, eine zweiteilige -> doppelte Arbeit). Das ist nicht sonderlich schwer, aber eine saumäßige Arbeit.
Das verpressen zwischen zwei Formen bewirkt zudem einen hohen Festigkeitsanstieg des Laminats und ein Ablaufen überschüssigen Harzes (Gewicht).
FVKs sind nunmal Formenwerkstoffe und die Form in der Herstellung die größte Investition, die die meiste Zeit zur Erstellung verschlingt. Daher sind GFK-oder Kohlefaserteile in Kleinserie auch kaum bezahlbar.
Ohne Form kommst Du nur aus, wenn Du ein bestehendes Bauteil mit einem Faserverbundwerkstoff verstärken willst (z. B. mit Rovings gegen Durchbiegen).
Die "Billigvariante", um z.B. eine echte Kohlefaseroberfläche zu erhalten, ist das Überziehen eines bestehenden Teils (z.B. Armaturenbrett).
Hierbei wird das Gewebe über das zu beziehende Bauteil gespannt und mit Harz durchtränkt und somit verklebt. Nachteil: rauhe Gewebeoberfläche, die noch geschliffen und glattlackiert werden muß.
Gruß
Tobias
Ja, in der Letzte Variante hab ichs jetzt gesehen beim Kofferraumausbau, Holzgerippe, stoff düber gespannt und da es Harz drauf um die Form zu bekommen, sonst hann sich das wohl keiner leisten das in ner bestimmten Form zu bekommen.
Wie Temperaturbeständig ist das genze eigentlich nach durchhärtung?
GFK CFK .....
Hallo.
Ich habe vor an meinen Audi eine Spoilerlippe anzubringen, die aus GFK besteht. Da sie etwas schwach gebaut ist, will ich sie verstärken.
Es gibt ja die möglichkeit mit GFK, CFK, Kevla und Hybrid. Was ist davo am besten geeignet?
Es muß sich mit GFK vertragen und so stabil wie möglich sein. Aber es darf bei leichten aufsitzen nicht glech reißen.
Gruß Audi-XL300
Die Matrix des FVK ist in der Regel hart-spröde, die bricht normal immer, es sei denn, Du laminierst in Gummi 
Es verträgt sich prinzipiell jede Verstärkungsfaser mit dem Basismaterial.
Aramidfaser (also Kevlar) hat die Eigenschaft, nicht zu zerreißen (daher nimmt man es ja auch für schußsichere Westen her). Wenn aber die Matrix (also das EP- oder Polyesterharz) bricht, wird Dir auch alles zerfranst dahängen, da erst die Matrix Stabilität bringt, aber es lösen sich i.d.R. keine Teile.
Somit hast Du es leichter, den Kram wieder zu reparieren.
Aufsetzer oder sonstige schwere mechanische Einwirkungen verzeihen harte Werkstoffe wie FVKs nunmal nicht, die brechen wie Glas.
Gruß
Tobias
Die belastung die auf die Lippe kommt ist ja nicht so groß. Wenn ich jetzt mehrere lagen auf die schwachstellen lege, kann ich die "sollbruchstellen" auf Punkte legen die man nicht sieht. So das die Risse unten an der Lippe entstehen. Aber was für Matterial würdet ihr empfehlen?
Hmmm, sehr interessant!
Ich hab auch bei meinem Wagen vor einiges mit CFK zu verkleiden....innenraumteile, exterieur usw
Ist es wahr, das ich, um etwas zu verkleiden, nur eine schicht carbonmatte brauch, das mit epoxitharz auflamieren muss und später 2-3 schichten zusätzlich das harz auftragen muss um später mit nassschleifpapier den glanz rauszuholen??
Wie krieg ich jedenfalls auf korrekte art und weise diese tolle carbon oberfläche hin?
Ist im Prinzip richtig, da die Gewebematten , wenn sie durchtränkt sind, immer noch eine deutliche Textur in ihrer Oberfläche haben.
GFK, CFK und Konsorten sind ja normalerweise nicht dazu da, irgendwelche Teile zu verkleiden, sondern es sind Formenwerkstoffe, die in eine glatte Form einlaminiert und anschließend verpresst werden.
Bei Zweckentfremdung muß man sich dann etwas ausdenken, um dennoch eine gute Oberflächenqualität zu erreichen.
Da hilft nur Harz, Spachtel etc. und immer wieder schleifen und am Schluß polieren oder lackieren.
Gruß
Tobias