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Die Entwicklung von GFK beruht auf der steigenden Nachfrage nach neuen Materialien, die leistungsfähiger, leichter, korrosionsbeständiger und energieeffizienter sind. Mit der Weiterentwicklung der Materialwissenschaften und der kontinuierlichen Verbesserung der Fertigungstechnologie hat GFK nach und nach ein breites Anwendungsspektrum in verschiedenen Bereichen gewonnen. GFK besteht im Allgemeinen ausFiberglasund einer Harzmatrix. Genauer gesagt besteht GFK aus drei Teilen: Fiberglas, Harzmatrix und Grenzflächenvermittler. Unter diesen ist Fiberglas ein wichtiger Bestandteil von GFK. Fiberglas wird durch Schmelzen und Ziehen von Glas hergestellt und sein Hauptbestandteil ist Siliziumdioxid (SiO2). Glasfasern haben die Vorteile hoher Festigkeit, geringer Dichte sowie Hitze- und Korrosionsbeständigkeit, wodurch das Material Festigkeit und Steifheit erhält. Zweitens ist die Harzmatrix der Klebstoff für GFK. Zu den häufig verwendeten Harzmatrizen gehören Polyester-, Epoxid- und Phenolharze. Die Harzmatrix verfügt über eine gute Haftung, Chemikalienbeständigkeit und Schlagzähigkeit, um Fiberglas zu fixieren und zu schützen und Lasten zu übertragen. Grenzflächenvermittler spielen hingegen eine Schlüsselrolle zwischen Fiberglas und Harzmatrix. Grenzflächenvermittler können die Haftung zwischen Fiberglas und Harzmatrix verbessern und die mechanischen Eigenschaften und die Haltbarkeit von GFK steigern.
Die allgemeine industrielle Synthese von GFK erfordert die folgenden Schritte:
(1) Glasfaservorbereitung:Das Glasmaterial wird erhitzt und geschmolzen und durch Verfahren wie Ziehen oder Sprühen in Glasfaser unterschiedlicher Formen und Größen gebracht.
(2) Glasfaservorbehandlung:Physikalische oder chemische Oberflächenbehandlung von Glasfasern zur Erhöhung der Oberflächenrauheit und Verbesserung der Grenzflächenhaftung.
(3) Anordnung der Glasfaser:Verteilen Sie die vorbehandelte Glasfaser gemäß den Designanforderungen in der Formvorrichtung, um eine vorgegebene Faseranordnungsstruktur zu bilden.
(4) Beschichtungsharzmatrix:Beschichten Sie die Glasfaser gleichmäßig mit der Harzmatrix, imprägnieren Sie die Faserbündel und bringen Sie die Fasern in vollständigen Kontakt mit der Harzmatrix.
(5) Aushärtung:Aushärten der Harzmatrix durch Erhitzen, Druck oder Verwendung von Hilfsstoffen (z. B. Härter), um eine starke Verbundstruktur zu bilden.
(6) Nachbehandlung:Das ausgehärtete GFK wird Nachbehandlungsprozessen wie Trimmen, Polieren und Lackieren unterzogen, um die endgültige Oberflächenqualität und die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen.
Aus dem obigen Vorbereitungsprozess ist ersichtlich, dass im Prozess derGFK-ProduktionDie Herstellung und Anordnung von Glasfasern kann an unterschiedliche Prozesszwecke angepasst werden. Für unterschiedliche Anwendungen können unterschiedliche Harzmatrizen verwendet werden. Außerdem können unterschiedliche Nachbearbeitungsmethoden verwendet werden, um die Herstellung von GFK für unterschiedliche Anwendungen zu erreichen. GFK weist im Allgemeinen eine Reihe guter Eigenschaften auf, die im Folgenden ausführlich beschrieben werden:
(1) Leichtgewicht:GFK hat im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkstoffen ein geringes spezifisches Gewicht und ist daher relativ leicht. Dies macht es in vielen Bereichen vorteilhaft, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und im Sportgerätebau, wo das Eigengewicht der Struktur reduziert werden kann, was zu verbesserter Leistung und Kraftstoffeffizienz führt. Im Gebäudebau kann das geringe Gewicht von GFK das Gewicht von Hochhäusern effektiv reduzieren.
(2) Hohe Festigkeit: Glasfaserverstärkte Materialienverfügen über eine hohe Festigkeit, insbesondere Zug- und Biegefestigkeit. Die Kombination aus faserverstärkter Harzmatrix und Glasfaser hält großen Belastungen und Spannungen stand, sodass das Material hervorragende mechanische Eigenschaften aufweist.
(3) Korrosionsbeständigkeit:GFK verfügt über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und ist unempfindlich gegenüber korrosiven Medien wie Säuren, Laugen und Salzwasser. Dies macht das Material in einer Vielzahl von rauen Umgebungen zu einem großen Vorteil, beispielsweise im Bereich der Schiffstechnik, der chemischen Ausrüstung und der Lagertanks.
(4) Gute Isoliereigenschaften:GFK verfügt über gute Isoliereigenschaften und kann die elektromagnetische und thermische Energieleitung wirksam isolieren. Daher wird das Material häufig in der Elektrotechnik und Wärmedämmung eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Leiterplatten, Isolierhülsen und Wärmedämmmaterialien.
(5) Gute Hitzebeständigkeit:GFK hathohe Hitzebeständigkeitund ist in der Lage, in Hochtemperaturumgebungen eine stabile Leistung aufrechtzuerhalten. Daher wird es häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Petrochemie und der Energieerzeugung eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Gasturbinenschaufeln, Ofentrennwänden und Ausrüstungskomponenten für Wärmekraftwerke.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass GFK die Vorteile hoher Festigkeit, geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, guter Isoliereigenschaften und Hitzebeständigkeit bietet. Diese Eigenschaften machen es zu einem weit verbreiteten Material in der Bau-, Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Energie- und Chemieindustrie.