GFK oder Stahl – Welches Material ist der Alleskönner?
Ob Küchenutensilien, wie Besteck und Töpfe, der Grill im Garten oder Werkzeuge aller Art: Stahl ist überall. Auch auf dem Weg zur Arbeit, denn auch unsere Autos bestehen zu großen Teilen aus Stahl. Aber nicht nur im Alltag begegnet uns Stahl täglich, vor allem in der Arbeitswelt ist Stahl ein Multitalent. Insbesondere im Bauwesen, im Maschinen- und Anlagenbau und der Energietechnik wird der Werkstoff verwendet. Er ist leistungsfähig, einfach zu formen, universell einsetzbar und extrem langlebig: Kein Wunder also, dass Architekten, Designer und Ingenieure gerne auf Stahl als Werkstoff zurückgreifen.
Auch glasfaserverstärkter Kunststoff ist als Werkstoff sehr beliebt und in seinen Anwendungsmöglichkeiten kaum zu beschränken. Egal ob in der Bau-, Caravan-, Bus- oder Nutzfahrzeugindustrie – GFK überzeugt besonders durch leichtes Gewicht, hohe Festigkeit und Witterungsbeständigkeit. Die Frage „GFK oder Stahl – welches Material ist der Alleskönner?“ hängt davon ab in welchem Anwendungsbereich das Material zum Einsatz kommt, denn davon hängen auch die benötigten Eigenschaften ab.
Was genau ist Stahl eigentlich?
Stahl besteht zu einem großen Teil aus Eisen. Eisen ist von Natur aus sehr anfällig für Rost. Rost entsteht dadurch, dass Eisen durch Oxidation mit Sauerstoff in Gegenwart von Wasser zu Eisenoxid reagiert. Generell ist Stahl eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die weniger als 2,06 % Kohlenstoff enthält. Stahl ist hart, elastisch und schlagfest. Stahl lässt sich gießen, schmieden, pressen und walzen. Außerdem gibt es tausende verschiedene Legierungen. Eine Legierung ist in der Metallurgie ein Gemenge mit metallischem Charakter aus zwei oder mehr chemischen Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist. Jede Legierung hat eigene besondere Eigenschaften, sodass der Stahl individuell auf den Anwendungsbereich angepasst werden kann. Alle Werkstoffe, die als Stähle bezeichnet werden, sind ein Gefüge aus den Elementen Eisen, weiteren Metallen, Kohlenstoff und anderen Nichtmetallen. Generell werden unterschiedliche Arten von Stahl unterschieden.
Arten von Stahl:
- Allgemeiner Baustahl
- Automatenstahl
- Bewehrungsstahl
- Einsatzstahl
- Federstahl
- Nichtrostender Stahl
- Nitrierstahl
- Säurebeständiger Stahl
- Spannstahl
- Werkzeugstahl
- Messerstahl
Was steckt hinter glasfaserverstärktem Kunststoff?
Glasfaserverstärkter Kunststoff, kurz auch GFK genannt, ist ein Faser-Kunststoff-Verbund. Er besteht aus einem Kunststoff, zum Beispiel auf Basis von Polyesterharz oder Epoxidharz, und Glasfasern. Die Glasfaser im Verbund mit einer Kunststoffmatrix bietet einige Vorteile. Dazu gehören hohe Bruchdehnung, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und sehr gute elektrische Isolationswirkung, weswegen der Kunststoff vor allem in der Baubranche und im Fahrzeugbau von Bus-, Caravan- und Nutzfahrzeugen eingesetzt wird. Aber nicht nur an Land ist GFK ein sicherer Begleiter, auch im Wasser überzeugt er, weswegen der Verbundwerkstoff auch sehr beliebt im Schiffbau ist. Genaue Informationen zum Aufbau und zur Herstellung von GFK und weitere Vorteile des Werkstoffes finden Sie in dem Artikel „Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) – eine Definition“. Auch Glasfaserverstärkter Kunststoff kann individuell für jeden Anwendungsbereich angepasst werden. Egal ob besonders schlagfest, rutschsicher, antibakteriell oder in den verschiedensten Farben und Dekoren – GFK ist ein Multitalent unter den Kunststoffen.
Eigenschaften von GFK und Stahl: Zwei Materialien im Vergleich
Wagen wir den Versuch, GFK und Stahl miteinander zu vergleichen. Die Frage, welches Material der Alleskönner ist, hängt jedoch ganz davon ab, in welchen Branchen die Materialien verwendet werden. Denn jedes Produkt fordert eigene Eigenschaften. Wir haben für Sie einige der Eigenschaften in einer Tabelle gegenübergestellt:
Das größte Problem des Stahls ist sein Gewicht. Auch wenn viel ausprobiert wurde, um das Gewicht zu verringern, ist noch keine Lösung in Sicht. Zum Beispiel wurden Stahl-Bleche im Autobau immer dünner produziert, um Gewicht einzusparen. Doch hier ist irgendwann eine Grenze erreicht, da sonst die Stabilität verloren geht. Glasfaserverstärkter Kunststoff dagegen ist sehr leicht und gleichzeitig hochfest und formstabil. Dies ist jedoch abhängig von Dicke und Eigenschaften der Harz-Matrix. Zudem spielt der Gesamtaufbau eine Rolle, also ob es zum Beispiel ein Formteil, ein Single Sheet oder ein Sandwich mit unterschiedlichen Schäumen ist. Dafür punktet Stahl in der Temperaturbeständigkeit. Egal ob heiße Temperaturen im Sommer oder Eis und Frost im Winter: Eine Brückenkonstruktion muss allen Temperaturen standhalten. Als Maschinen- oder Anlagenwerkstoff ist Stahl sogar noch viel heißeren Temperaturen ausgesetzt. Aber auch das ist kein Problem: Denn Stahl kann Temperaturen bis zu 700 °C aushalten und mit besonderen Legierungen sogar bis zu 1.100 °C. GFK dagegen hält Temperatur bis 130 °C aus, was im Vergleich zu Stahl zwar wenig erscheint, aber für die Anwendungsbereiche von GFK mehr als ausreicht. Gegen Hitze ist Stahl also bestens gewappnet, jedoch kann Wasser zu einem Problem werden. Beim Salzsprühtest, welcher die Korrosionsbeständigkeit von Materialien testet, bildet Stahl schon nach wenigen Stunden Rost und Blasen. Im Gegensatz zu glasfaserverstärktem Kunststoff: Für ihn ist Wasser kein Problem. Denn GFK zeigt beim Test auch nach 20 Tagen keinen Schaden. Ähnlich sieht es auch bei der Reinigbarkeit der Materialien aus, GFK ist im Gegensatz zu Stahl als Oberfläche sehr leicht zu reinigen und beständig gegen Reinigungsmittel.
Stahl – ein recycelbarer, aber endlicher Rohstoff
Stahl ist sehr langlebig und selbst wenn ein Produkt aus Stahl doch mal ausgedient hat, kann es einfach wieder recycelt und ohne Qualitätsverlust zu Neuem verarbeitet werden. Kein Material wird häufiger wiederverwertet als Stahl. Deutsche Stahlerzeuger recyceln jedes Jahr rund 20 Millionen Tonnen Altstahl. Damit könnten Tag für Tag acht neue Eifeltürme erbaut werden.
Dennoch sieht die Rohstoffsituation nicht gut aus: Obwohl die Erdkruste zu 5 % aus Eisen besteht, kann der Rohstoffbedarf der Industrie nicht gedeckt werden. Ein Grund dafür ist der steigende Stahlbedarf der Volkswirtschaften China, Indien und Brasilien. Allein die Stahlproduktion in China wächst jährlich um mehr als die gegenwärtige Gesamtproduktion Deutschlands. Die dramatisch veränderte Rohstoffsituation hat zur Folge, dass die Preise für Stahlprodukte weiter steigen und Stahl im Vergleich zu anderen Materialien sehr knapp und teuer ist. Deswegen gilt: Auch wenn der Werkstoff Stahl aus vielen verschiedenen Branchen nicht mehr wegzudenken ist, müssen wir uns aufgrund der Endlichkeit der Ressource auf die Suche nach einem Ersatzmaterial machen.
