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Teil von Verbundwerkstoffe Auswahl Leitfaden für die Praxis
Verbundwerkstoffe Auswahl im Vergleich: GFK, CFK und AFK
Verbundwerkstoffe Auswahl im Vergleich: GFK, CFK und AFK mit Festigkeit, Steifigkeit, Dichte und Preisen 2024 in Euro pro kg sowie Normen und Anwendungen.
Das Wichtigste auf einen Blick
- GFK kostet am wenigsten, wiegt aber am meisten; CFK bietet die höchste Steifigkeit zum höchsten Preis.
- AFK ist der leichteste der drei Werkstoffe und schlagzäher als CFK, jedoch druck- und feuchteempfindlich.
- Zugkennwerte werden nach DIN EN ISO 527-4 und DIN EN ISO 527-5 an unidirektionalen Laminaten ermittelt.
- Marktpreise liegen 2024 ohne MwSt. bei Glasfasern zwischen 2 und 12 Euro je Kilogramm, bei Carbonhalbzeugen zwischen 18 und 120 Euro je Kilogramm.
Kennwerte und Dichte im direkten Vergleich
Verglichen werden unidirektionale Laminate mit Epoxidmatrix und einem Faservolumengehalt von rund 60 Prozent. Nur diese Bezugsgröße macht Kennwerte aus Datenblättern vergleichbar. Gewebe oder Kurzfaserverstärkungen liefern niedrigere Werte, weil die Fasern dann nicht vollständig in Lastrichtung liegen.
GFK, CFK und AFK im Kennwertvergleich
GFK
- Dichte (g/cm³)
- 1,85–2,00
- Zugfestigkeit (MPa)
- 900–1.400
- E-Modul (GPa)
- 35–45
- Bruchdehnung (%)
- 2,0–3,0
- Preis 2024 (€/kg)
- 2–12
CFK
- Dichte (g/cm³)
- 1,50–1,60
- Zugfestigkeit (MPa)
- 1.500–2.500
- E-Modul (GPa)
- 130–180
- Bruchdehnung (%)
- 1,4–1,8
- Preis 2024 (€/kg)
- 18–120
AFK
- Dichte (g/cm³)
- 1,35–1,45
- Zugfestigkeit (MPa)
- 1.100–1.500
- E-Modul (GPa)
- 60–80
- Bruchdehnung (%)
- 2,5–4,0
- Preis 2024 (€/kg)
- 25–60
GFK (E-Glas/Epoxid)
- Dichte in g/cm³
- 1,85 bis 2,00
- Zugfestigkeit (UD) in MPa
- 900 bis 1.400
- E-Modul (UD) in GPa
- 35 bis 45
- Bruchdehnung in Prozent
- 2,0 bis 3,0
- Preis 2024 in Euro je kg, ohne MwSt.
- 2 bis 12
CFK (HS-Carbon/Epoxid)
- Dichte in g/cm³
- 1,50 bis 1,60
- Zugfestigkeit (UD) in MPa
- 1.500 bis 2.500
- E-Modul (UD) in GPa
- 130 bis 180
- Bruchdehnung in Prozent
- 1,4 bis 1,8
- Preis 2024 in Euro je kg, ohne MwSt.
- 18 bis 120
AFK (Aramid/Epoxid)
- Dichte in g/cm³
- 1,35 bis 1,45
- Zugfestigkeit (UD) in MPa
- 1.100 bis 1.500
- E-Modul (UD) in GPa
- 60 bis 80
- Bruchdehnung in Prozent
- 2,5 bis 4,0
- Preis 2024 in Euro je kg, ohne MwSt.
- 25 bis 60
Bei der spezifischen Steifigkeit, also E-Modul geteilt durch Dichte, liegt CFK mit etwa 87 bis 112 GPa je g/cm³ vorn. AFK erreicht rund 44 bis 59, GFK rund 19 bis 24. Aramid dämpft stark und leitet keinen Strom.
Ein Vergleich über Werkstoffgruppen hinweg hat Grenzen. Die Kennwerte gelten nur für die geprüfte Faser-Matrix-Kombination mit definiertem Faservolumengehalt. Schon ein anderes Harz verschiebt Bruchdehnung und Ermüdungsverhalten.
Preisgefüge 2024: Euro pro Kilogramm
Faserpreise und Bauteilpreise fallen weit auseinander. Ein Glasfaser-Roving kostet 2024 ohne MwSt. etwa 2 bis 4 Euro je Kilogramm, ein Glasfasergewebe 5 bis 12 Euro. Standard-Carbonfaser mit 12K-Filamenten liegt bei 18 bis 30 Euro je Kilogramm.
Carbon-Prepreg wird mit 60 bis 120 Euro je Kilogramm gehandelt, Aramidfasergewebe mit 25 bis 60 Euro. Hinzu kommen Verarbeitungskosten, die bei CFK wegen langer Zyklen und Autoklavzeiten am höchsten ausfallen.
Beispielrechnung für eine Platte von einem Quadratmeter
Beispielrechnung für eine Platte mit einem Quadratmeter Fläche und zwei Millimetern Dicke, Volumen 2.000 cm³, alle Preise ohne MwSt.: GFK mit 1,9 g/cm³ wiegt 3,8 Kilogramm und kostet bei 15 Euro je Kilogramm Halbzeug 57 Euro.
CFK mit 1,55 g/cm³ wiegt 3,1 Kilogramm und kostet bei 80 Euro je Kilogramm 248 Euro. AFK mit 1,4 g/cm³ wiegt 2,8 Kilogramm und kostet bei 45 Euro je Kilogramm 126 Euro. Das Material für die CFK-Variante ist damit etwa viermal so teuer wie das für GFK, bei 18 Prozent weniger Masse.
Normen und Prüfverfahren
Prüfgrundlage für Zugversuche an Faserverbundwerkstoffen ist die Normenreihe DIN EN ISO 527. Teil 1 beschreibt die allgemeinen Grundsätze, Teil 4 gilt für orthotrope Faserverbundwerkstoffe, Teil 5 für unidirektionale Laminate.
Der Normenausschuss Kunststoffe (FNK) beim DIN betreut diese Prüfverfahren. Wer Datenblätter vergleicht, muss Probengeometrie, Prüfgeschwindigkeit und Konditionierung mitprüfen, weil diese Parameter die Ergebnisse verschieben. Grundlagen zu Aufbau und Verbindlichkeit liefert die Übersicht zu DIN-Normen.
Anwendungen nach Bauteil, Lastfall und Stückzahl
Die Anwendung folgt dem Lastfall. Wo Steifigkeit bei geringer Masse entscheidet, führt an CFK kaum ein Weg vorbei. Wo große Flächen, hohe Stückzahlen und begrenztes Budget zählen, bleibt GFK erste Wahl.
- GFKRotorblätter von Windenergieanlagen, Bootsrümpfe, Rohrleitungen, Behälter, Karosserieaußenteile.
- CFKPrimärstrukturen im Flugzeugbau, Monocoques im Motorsport, Fahrradrahmen, Druckbehälter für Wasserstoff.
- AFKHelme, ballistische Schutzwesten, Schläuche, Reifenkarkassen, Sportbögen.
Mischbauweisen sind üblich: Glaslagen außen erhöhen die Schlagzähigkeit, Carbonlagen innen tragen die Last. Solche Hybride kosten weniger als reines CFK und halten Impact besser stand.
Im Bauwesen gewinnen Faserverbundwerkstoffe bei Verstärkung und Instandsetzung von Tragwerken an Bedeutung. Die Europäische Umweltagentur beschreibt den Gebäudesektor als einen der größten Materialverbraucher, was langlebige und leichte Konstruktionen begünstigt.
Häufige Fragen
Welcher Faserverbundwerkstoff hat die höchste spezifische Festigkeit?
CFK. Bei rund 1,55 g/cm³ Dichte und 1.500 bis 2.500 MPa Zugfestigkeit erreicht es Werte, die GFK und AFK nicht erreichen.
Warum ist die Druckfestigkeit bei AFK gering?
Aramidfasern knicken unter Druck seitlich aus. In druckbeanspruchten Bereichen wird deshalb oft mit Glas- oder Carbonlagen kombiniert.
Ist GFK trotz niedrigerer Kennwerte wirtschaftlich?
Ja, bei großen Bauteilen und mittleren Anforderungen. Der Preisvorteil der Glasfaser bleibt auch bei höherem Gewicht bestehen.
Welche Norm gilt für den Zugversuch?
DIN EN ISO 527-4 für orthotrope Laminate und DIN EN ISO 527-5 für unidirektionale Laminate, die Grundsätze stehen in Teil 1.
