GFK und Stahl: Zwei Materialien im Vergleich

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.

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.

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 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.