Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK)ist ein Hochleistungswerkstoff, der aus Glasfasern als Verstärkungsmittel und einem Polymerharz als Matrix unter Anwendung spezieller Verfahren hergestellt wird. Seine Kernstruktur besteht aus Glasfasern (wie z. B.E-GlasGlasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) besteht aus S-Glas (oder hochfestem AR-Glas) mit Durchmessern von 5–25 µm und duroplastischen Matrixmaterialien wie Epoxidharz, Polyesterharz oder Vinylester, wobei der Faservolumenanteil typischerweise 30–70 % beträgt [1–3]. GFK weist hervorragende Eigenschaften auf, wie beispielsweise eine spezifische Festigkeit von über 500 MPa/(g/cm³) und einen spezifischen Elastizitätsmodul von über 25 GPa/(g/cm³). Darüber hinaus besitzt er Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Dauerfestigkeit, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten [(7–12) × 10⁻⁶ °C⁻¹] und elektromagnetische Transparenz.
In der Luft- und Raumfahrt begann die Anwendung von GFK in den 1950er-Jahren und hat sich mittlerweile zu einem Schlüsselwerkstoff für die Reduzierung der Strukturmasse und die Verbesserung der Treibstoffeffizienz entwickelt. Am Beispiel der Boeing 787 lässt sich zeigen, dass GFK 15 % der nicht primär tragenden Strukturen ausmacht und in Bauteilen wie Verkleidungen und Winglets verwendet wird. Dadurch wird eine Gewichtsreduzierung von 20–30 % im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumlegierungen erzielt. Nachdem die Kabinenbodenträger des Airbus A320 durch GFK ersetzt wurden, sank die Masse eines einzelnen Bauteils um 40 %, und seine Leistung in feuchter Umgebung verbesserte sich deutlich. Im Hubschrauberbereich verwenden die Innenverkleidungen der Kabine des Sikorsky S-92 eine GFK-Wabenstruktur, die ein optimales Verhältnis zwischen Schlagfestigkeit und Flammschutz (gemäß FAR 25.853) gewährleistet. Im Vergleich zu kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) sind die Rohmaterialkosten von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) um 50–70 % reduziert, was einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil bei nicht primär tragenden Bauteilen bietet. GFK bildet derzeit zusammen mit Kohlenstofffaser ein abgestuftes Anwendungsgebiet und fördert die iterative Weiterentwicklung von Luft- und Raumfahrtausrüstung hin zu Leichtbauweise, Langlebigkeit und Kostensenkung.
Aus der Perspektive der physikalischen Eigenschaften,GFRPGlasfaser bietet herausragende Vorteile hinsichtlich Leichtbau, thermischer Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Funktionalisierung. Die Dichte von Glasfaser liegt zwischen 1,8 und 2,1 g/cm³, was nur einem Viertel der Dichte von Stahl und zwei Dritteln der Dichte von Aluminiumlegierungen entspricht. In Hochtemperatur-Alterungsversuchen betrug die Festigkeitserhaltung nach 1000 Stunden bei 180 °C über 85 %. Darüber hinaus zeigte GFK, das ein Jahr lang in einer 3,5%igen NaCl-Lösung gelagert wurde, einen Festigkeitsverlust von weniger als 5 %, während Q235-Stahl einen Korrosionsgewichtsverlust von 12 % aufwies. Die Säurebeständigkeit ist bemerkenswert: Nach 30 Tagen in einer 10%igen HCl-Lösung betrug die Massenänderung weniger als 0,3 % und die Volumenausdehnung weniger als 0,15 %. Silanbehandelte GFK-Proben behielten nach 3000 Stunden eine Biegefestigkeit von über 90 % bei.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass GFK aufgrund seiner einzigartigen Kombination von Eigenschaften als Hochleistungskernwerkstoff in der Luft- und Raumfahrtindustrie weit verbreitet ist und bei der Konstruktion und Herstellung von Flugzeugen eine bedeutende strategische Rolle in der modernen Luft- und Raumfahrtindustrie und der technologischen Entwicklung spielt.
Veröffentlichungsdatum: 15. Oktober 2025
