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Glasfasern sind lange, dünne Fasern, die aus Glas bestehen. Zur Herstellung von Glasfasern zieht man geschmolzenes Glas zu dünnen Fäden.

Glasfasern werden in Glasfaserkabeln zur Datenübertragung, oder als Textilfasern zur Wärme- und Schalldämmung und für glasfaserverstärkte Kunststoffe eingesetzt. Diese zählen heute zu den wichtigsten Konstruktionswerkstoffen, sie sind alterungs- und witterungsbeständig, chemisch resistent und nicht brennbar, sie besitzen einen hohen Elastizitätsmodul, der die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen verbessert.

Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte der Glasfaser 2 Nutzung der optischen Eigenschaften 2.1 Kunst 2.2 Transluzenter Beton 2.3 Medizinische Nutzung 3 Nutzung der mechanischen Eigenschaften 3.1 Festigkeit 3.2 Steifigkeit 3.3 Arten von Verstärkungsfasern 3.4 Anwendung von Verstärkungsfasern 4 Siehe auch 5 Weblinks

Geschichte der Glasfaser

Der Ursprung war die Fähigkeit von Glasbläsern aus dem Thüringer Wald, bereits im 18. Jahrhundert sogenanntes Feen- oder Engelshaar herzustellen. Erst nur als Dekorationsmittel genutzt, wurde das ganze Potenzial mit Gründung einer Glasfabrik von Hermann Schuller im thüringischen Haselbach langsam entdeckt (1896). Dort wurden erstmals spinnbare Glasfäden mit genau definiertem Durchmesser sozusagen als "Rollenware" hergestellt. Dieses Verfahren wurde in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts als Stabtrommelabziehverfahren zum Patent angemeldet.

Nutzung der optischen Eigenschaften

Glasfasern werden unter anderem dazu verwendet, Licht zu leiten (siehe Glasfaserkabel). Dies geschieht z. B. bei der optischen Datenübertragung mithilfe des Effektes der Totalreflexion. Eine zylindrische Glasfaser ist dabei von einem Medium mit geringerer Brechzahl und einer Schutzhülle umgeben. Innerhalb der Grenzfläche zwischen den beiden transparenten Medien mit unterschiedlicher Brechzahl wird das Licht nahezu verlustfrei reflektiert und somit geleitet. Moderne Glasfasern benutzen für die Lichtleitung auch sogenannte photonische Kristalle. Die Lichtimpulse gehen dabei von einem kleinen Laser aus. Dieser sendet dann verschiedene Informationen in Form von Bits durch die Glasfaser. Auf der anderen Seite werden die Daten von einer Photozelle aufgefangen und verarbeitet. Glasfaser hat gegenüber herkömmlichen Kabeln aus Kupfer den Vorteil, dass es Signale breitbandiger (mehr Information pro Zeit) und verlustärmer leiten kann. Dies ist beim Internet, welches sehr stark durch die hohe Anzahl der User belastet wird, sehr wichtig. Außerdem ist das übertragene Signal unempfindlich gegen elektromagnetische Störfelder.

Kunst

Eine spezielle Anwendung sind Glasfaserbündel, deren Ende mit Leuchtdioden bestrahlt werden. Derartige Bündel leuchten an den Stellen, wo die Glasfasern gebrochen sind. Sie können beispielsweise für Vorhänge und trendige Kleider verwendet werden.

Transluzenter Beton

Eine weitere ungewöhnliche Anwendung ist die Herstellung lichtdurchlässigen Betons: durch das Einarbeiten von 3-5% Glasfaseranteil entstehen transluzente Betonelemente, durch die man Licht, Schattenwürfe und sogar Farben zu sehen vermag.

Medizinische Nutzung

Glasfaser wird auch bei Gastroskopie-(Magenspiegelung) oder Coloskopiekameras (Darmspiegelung) benutzt. Der Vorteil im Gegensatz zu LEDs ist die Platzersparniss, außerdem kann man so mehr "Licht ins Dunkle" bringen.

Nutzung der mechanischen Eigenschaften

Für textile Anwendungen liegen die Glasfasern meistens als Roving, Vliesstoff oder als Gewebe vor. Für Profile verwendet man hingegen unidirektionale (nur in eine Richtung verlaufende) Fasern, so werden zum Beispiel Sportpfeile für das Bogenschießen aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt. Da Glasfasern sehr kerbempfindlich sind, werden sie bei der Herstellung bzw. vor dem Verweben mit einer Schlichte versehen. Diese Schlichte (z. B. eine Silanschlichte) dient zusätzlich als Haftvermittler. Sie kann bis zu 2 Masseprozent ausmachen, liegt häufig bei 0,3 bis 0,8 %. Glasfasern zeigen nur eine sehr geringe Kriechneigung und nehmen nur sehr wenig Feuchte auf.

Festigkeit

Die hohe Festigkeit der Glasfaser beruht auf dem Größeneffekt. Durch die Faserform ist die Fehlstellengröße in der Faser kleiner als im kompakten Werkstoffvolumen. Gleichzeitig steigt die fehlerfreie Länge in der Faserform an. Dadurch ist die Festigkeit der Glasfaser gegenüber dem kompakten Werkstoff größer. Die Bruchdehnung einer einzelnen Faser kann bis zu 5 % betragen.

Die Zug- und Druckfestigkeit der Glasfaser sorgt für eine besondere Aussteifung des Kunststoffes bei gleichzeitiger Erhaltung einer gewissen Flexibilität dank der (verglichen mit Stahl) hohen Bruchdehnung.

Steifigkeit

Das Elastizitätsmodul von Glasfasern unterscheidet sich nur wenig von dem eines kompakten Werkstoffvolumens aus Glas. Anders als Aramidfasern oder Kohlenstofffasern hat die Glasfaser eine amorphe Struktur. Wie beim kompakten Fensterglas ist die molekulare Orientierung regellos. Die Glasfaser hat daher isotrope mechanische Eigenschaften. Glasfasern verhalten sich bis zum Bruch ideal linear elastisch. Sie weisen nur eine sehr geringe Werkstoffdämpfung auf.

Das hohe Elastizitätsmodul bleibt in realen Bauteilen (glasfaserverstärkter Kunststoff) jedoch nicht erhalten, da die Glasfasern mit nachgiebigen Kunststoffen gemischt werden. Das Elastizitätsmodul der reinen Glasfaser liegt etwa in der Größenordnung von Aluminium.

Arten von Verstärkungsfasern

• E-Glas (E=Electric): gilt als Standardfaser, ca. 90 % des Marktes, wird in basischer Umgebung angegriffen.
• S-Glas (S=Strength): Faser mit erhöhter Festigkeit
• R-Glas (R=Resistance): Faser mit erhöhter Festigkeit
• M-Glas (M=Modulus): Faser mit erhöhter Steifigkeit (E-Modul)
• C-Glas (C=Corrosion): Faser mit erhöhter Chemikalienbeständigkeit
• ECR-Glas (E-Glass Corrosion Resistant): Faser mit besonders hoher Korrosionsbeständigkeit
• D-Glas (D=Dielectric): Faser mit niedrigem dielektrischen Verlustfaktor, z. B. die Radome einer Radarstation
• AR-Glas (AR=Alkaline Resistant): Für die Anwendung in Beton entwickelte Faser, die mit Zirconium angereichert ist. Sie ist gegenüber einer basischen Umgebung weitgehend resistent.
• Hohlglasfasern: Fasern (meist E-Glas) mit einem Hohlquerschnitt

Bemerkung: R-, S- und M-Glas ist alkalifrei und hat eine gesteigerte Feuchtebeständigkeit.

Anwendung von Verstärkungsfasern

Glasfasern werden Beton beigemischt, wo sie als Bewehrung dienen. Glasfaserverstärkter Beton wird bei Wellplatten, Fassadenplatten oder bei verlorenen Schalungen eingesetzt. Ebenso wird Glasfaser im Estrich verwendet. Außerdem wird Feinbeton mit Glasfasertextilien bewehrt, das heißt dann textilbewehrter Beton.

Eine große Bedeutung haben Glasfasern in glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Automobiltechnik. In der Luft- und Raumfahrt werden aus Langglasfasern überwiegend tragende Strukturen gebaut (z. B. Schleicher ASK 21). In der Automobilindustrie werden zur Zeit Langglasfasern noch hauptsächlich zur Versteifung von thermoplastischen Bauteilen (z. B. Verkleidungen) genutzt. Es geht aber hier ein Trend zu tragenden Bauteilen.

In der Verfahrenstechnik werden Glasfasern hauptsächlich in gewickelten Rohren genutzt. Hier zeichnet sich die Glasfaser hauptsächlich durch ihre sehr gute Medienbeständigkeit und ihre elektrische Isolierwirkung aus.

In der Elektrotechnik werden Glasfasern als Verstärkungsfasern in Platinen oder in elektromagnetisch transparenten Verkleidungen genutzt. Es kommt die Hochspannungstechnik hinzu, die die hohen Festigkeiten und die Isolierwirkung der Fasern in Isolatoren nutzt.

Beim manuellen Technischen Zeichnen auf Zeichenfolie werden Glasfaserradierer verwendet.

Siehe auch

• Faseroptik
• Faserverbundwerkstoff
• Glasfasernetz
• Glaswolle
• Lichtleiter
• Lichtwellenleiter
• Litracon
• Polymere optische Faser (POF)

Weblinks

• Herstellung eines Glasfaserkabels (englisch)

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