Auf die Frage nach der Dichte von GFK gibt es keine einzelne Zahl. Glasfaserverstärkter Kunststoff verbindet zwei unterschiedlich schwere Bestandteile: Glasfaser mit rund 2,55 g/cm³ und ausgehärtetes Harz, die Matrix, mit rund 1,2 g/cm³. Wie viel von beidem im Laminat steckt, entscheiden vor allem Verfahren und Verstärkung – jede Dichteangabe braucht deshalb ihren Bezug: Faser, Laminat oder gefülltes Halbzeug.
Die Bestandteile und ihre Dichten
Bei der Glasfaser sind die Unterschiede klein: Datenblätter und Fasertabellen nennen für E-Glas 2,54 bis 2,6 g/cm³, dieses Portal rechnet mit 2,55 g/cm³. Beim Harz kommt es dagegen auf den Zustand an, denn beim Härten schrumpft es und wird dichter. Das Vinylesterharz Derakane Momentum 411-350 hat flüssig 1,046 g/ml, als ausgehärteter Gießling, also als gegossene Probe aus reinem Harz, 1,14 g/cm³ nach ISO 1183 – bei 7,8 Prozent volumetrischem Schwund am Reinharz. In die Laminatrechnung gehört der ausgehärtete Wert; so verwendet ihn auch der Composite-Leitfaden von Gurit.
Füllstoffe verschieben die Rechnung. Kreide und Aluminiumhydroxid sind rund doppelt so dicht wie Harz, Hohlglaskugeln deutlich leichter (Füllstoffe im Überblick). SMC, eine Pressmasse aus Polyesterharz, Schnittglas und Mineralfüllstoff, liegt nach einem Fachbeitrag des Fraunhofer ICT in der für Class-A- und Semistrukturbauteile üblichen Zusammensetzung bei circa 1,9 g/cm³ – Class A ist die höchste Oberflächengüte lackierter Karosserieteile. Mit Mikrohohlglaskugeln und Kreide sinkt die Dichte nach demselben Beitrag bei gleicher Oberflächengüte auf etwa 1,4 g/cm³; neuere Low-Density-Rezepturen kommen noch tiefer (SMC in der Serienfertigung). Den Gelcoat, die farbige Deckschicht der Sichtseite, rechnet dieses Portal mit rund 1,2 g/cm³: 0,4 bis 0,7 mm wiegen etwa 500 bis 850 g/m² (Leitartikel Gelcoat). Gefüllte Tooling-Gelcoats für Formen können deutlich schwerer sein: Für ein Epoxid-Tooling-Gelcoat nennt Easy Composites angemischt 1,50 bis 1,60 g/cm³ (Gelcoat und Tooling-Gelcoat).
| Bestandteil | Dichte | Bezug und Quelle |
|---|---|---|
| E-Glas | 2,55 g/cm³ | Rechenwert dieses Portals; Datenblätter und Fasertabellen 2,54–2,6 |
| Carbonfaser | rund 1,8 g/cm³ | Faser (Gurit) |
| Polyesterharz | 1,19–1,21 g/cm³ | ausgehärtet (Crystic 199, 123PA); flüssig 1,10–1,12 |
| Vinylesterharz | 1,14 g/cm³ | ausgehärtet (Derakane Momentum 411-350); flüssig 1,046 |
| Epoxidharz | 1,18–1,20 g/cm³ | ausgehärtet (EPIKOTE MGS RIMR 135 mit RIMH 137) |
| Kreide (Calciumcarbonat) | 2,7 g/cm³ | Füllstoff (Omya) |
| Aluminiumhydroxid | 2,4 g/cm³ | flammhemmender Füllstoff (Nabaltec) |
| Gelcoat am Bauteil | rund 1,2 g/cm³ | Rechenwert dieses Portals |
Die Mischungsregel: vom Faseranteil zur Laminatdichte
Der Faservolumengehalt (FVG) ist der Volumenanteil der Faser am Laminat. Mit ihm folgt die Dichte eines porenfreien Laminats aus der Mischungsregel ρ = ρF · φ + ρM · (1 − φ), mit Faserdichte ρF, Matrixdichte ρM und dem FVG φ als Dezimalzahl. Gurit bestimmt mit derselben Beziehung umgekehrt den FVG aus einer gemessenen Laminatdichte – ausdrücklich für ein Laminat ohne Poren. Beispiel Gewebelaminat mit 35 Vol.-% E-Glas: 2,55 · 0,35 + 1,2 · 0,65 = 1,67 g/cm³.
Prüfberichte nennen den Glasgehalt oft in Gew.-%, weil die Veraschung einen Masseanteil liefert. Er ist ρF · φ geteilt durch die Laminatdichte: 40 Vol.-% E-Glas sind rund 59 Gew.-%, 60 Vol.-% rund 76 Gew.-%, bei Carbon mit 1,8 g/cm³ nur rund 69 Gew.-%. Der GFK-Rechner liefert aus Flächengewicht und Harzmenge Faservolumengehalt, Laminatdicke und porenfreie Laminatdichte.
Abschätzen lässt sich die Dichte in drei Schritten:
- FVG aus der Tabelle unten wählen oder rechnen: Summe der Faserflächengewichte aller Lagen in g/m² geteilt durch (ρF · Laminatdicke in mm · 1.000).
- Dichte nach der Mischungsregel bilden; Füllstoff geht mit Volumenanteil und Dichte als dritter Summand ein.
- Poren abziehen: Jedes Volumenprozent Poren senkt die Dichte um ein Prozent.
Dichte je Verfahren
Die Tabelle rechnet die Faservolumengehalte, die der Leitartikel Verstärkungsfasern und Halbzeuge als Richtwerte führt, mit E-Glas und einer Matrix von 1,2 g/cm³ um. Mit Vinylester (1,14 g/cm³) liegen die Werte um 0,02 bis 0,05 g/cm³ niedriger.
| Verfahren und Verstärkung | Faservolumengehalt | Glasmasseanteil | Laminatdichte porenfrei |
|---|---|---|---|
| Handlaminat mit Wirrfasermatte, Faserspritzen | 15–20 Vol.-% | 27–35 Gew.-% | 1,40–1,47 g/cm³ |
| Handlaminat, Matte und Rovinggewebe gemischt | 25–35 Vol.-% | 41–53 Gew.-% | 1,54–1,67 g/cm³ |
| Handlaminat, Gewebe oder Gelege | 30–40 Vol.-%, typisch um 35 | 48–59 Gew.-% | 1,61–1,74 g/cm³, typisch 1,67 |
| Handlaminat unter Vakuumsack | 40–45 Vol.-% | 59–63 Gew.-% | 1,74–1,81 g/cm³ |
| Vakuuminfusion | 50–60 Vol.-% | 68–76 Gew.-% | 1,88–2,01 g/cm³ |
| RTM | 45–60 Vol.-% | 63–76 Gew.-% | 1,81–2,01 g/cm³ |
| Prepreg im Autoklav, Glasprepreg | 55–65 Vol.-% | 72–80 Gew.-% | 1,94–2,08 g/cm³ |
| Faserwickeln | bis 70 Vol.-% | bis 83 Gew.-% | bis 2,15 g/cm³ |
Für Profile und gefüllte Halbzeuge gelten die Angaben von Hersteller und Zulassung. Pultrudierte, also im Strangziehverfahren gefertigte Profile aus Polyesterharz gibt Techno-Composites Domine mit 1,7 bis 2,0 g/cm³ nach ISO 1183 an; die bauaufsichtliche Zulassung der Profile „krafton“ erlaubt, ihr Eigengewicht mit 1,9 g/cm³ zu rechnen. Der zugelassene GFK-Bewehrungsstab ComBAR liegt mit 2,2 g/cm³ über der Tabelle, weil er laut Hersteller zu rund 88 Gewichtsprozent aus Glasfasern besteht, die bei der Pultrusion möglichst dicht gebündelt und mit Vinylesterharz gebunden werden (GFK im Bauwesen).
Poren senken die Dichte
Eingeschlossene Luft wiegt praktisch nichts: Jedes Volumenprozent Poren senkt die Dichte um ein Prozent. Ein Gewebelaminat mit 1,67 g/cm³ und 3 Prozent Poren hat nur noch 1,62 g/cm³. R&G nennt als Luftporengehalt 1 bis 3 Prozent beim Handlaminieren, 2 bis 3 Prozent beim Faserspritzen und 0 bis 2 Prozent beim Vakuumpressen, also beim Handlaminat unter Vakuumfolie. Fürs Gewicht ist das wenig, für die Festigkeit viel – mehr dazu im Leitartikel zum Handlaminieren und auf der Fehlerseite zu Lufteinschlüssen.
Was wiegt ein Quadratmeter?
Dicke in Millimetern mal Dichte in g/cm³ ergibt das Gewicht in Kilogramm je Quadratmeter, denn 1 g/cm³ entspricht 1 kg je Quadratmeter und Millimeter Dicke:
| Aufbau | Dicke | Dichte | Gewicht je m² |
|---|---|---|---|
| Gewebe-Handlaminat, 35 Vol.-% | 3 mm | 1,67 g/cm³ | rund 5,0 kg |
| Gewebe-Handlaminat, 35 Vol.-% | 5 mm | 1,67 g/cm³ | rund 8,4 kg |
| Infusionslaminat, 55 Vol.-% | 3 mm | 1,94 g/cm³ | rund 5,8 kg |
| Formschale aus Mattenlaminat, 15–20 Vol.-% | 8 mm | 1,40–1,47 g/cm³ | rund 11,2–11,8 kg |
| Gelcoat am Bauteil zusätzlich | 0,5 mm | rund 1,2 g/cm³ | rund 0,6 kg |
Beim Verfahrensvergleich führt die Dichte allein in die Irre. Bei gleicher Dicke ist ein Infusionslaminat schwerer, weil es mehr Glas enthält; bei gleicher Glasmenge ist es leichter, weil weniger Harz dazukommt. Vier Lagen Glasgewebe mit je 600 g/m² ergeben im Handlaminat bei 35 Vol.-% rund 2,7 mm und 4,5 kg/m², in der Infusion bei 55 Vol.-% rund 1,7 mm und 3,3 kg/m². Dafür ist das Infusionslaminat dünner und, weil die Biegesteifigkeit einer Platte mit der dritten Potenz der Dicke wächst, auch biegeweicher; steif werden dünne, faserreiche Lagen erst mit Abstand über einem Kern (Sandwich oder Volllaminat).
Ist GFK leichter als Aluminium?
Pro Volumen ja. Die Aluminiumlegierung EN AW-5083 hat laut Werkstoffdatenblatt 2,66 g/cm³, Baustahl rund 7,8 g/cm³, lufttrockenes Fichtenholz im Mittel 0,47 g/cm³. GFK ist mit 1,4 bis 2,1 g/cm³ ein Fünftel bis knapp die Hälfte leichter als Aluminium; CFK mit 50 bis 65 Vol.-% Carbon liegt bei rund 1,5 bis 1,6 g/cm³.
Für Bauteile zählt aber oft die Steifigkeit, und die hängt am Elastizitätsmodul (E-Modul): Aluminium hat 71 GPa, ein bidirektionales Glasgewebe-Epoxid-Laminat mit 43 Vol.-% nach Suter Kunststoffe in Kett- und Schussrichtung 19 bis 21 GPa. Welche Masse gleiche Steifigkeit kostet, hängt vom Lastfall ab: Beim Zugstab wächst sie mit ρ/E, bei einer biegebelasteten Platte frei wählbarer Dicke nur mit ρ/∛E.
| Werkstoff | Dichte | E-Modul | Masse als Zugstab | Masse als Platte |
|---|---|---|---|---|
| Aluminium EN AW-5083 | 2,66 g/cm³ | 71 GPa | 1 (Bezug) | 1 (Bezug) |
| Baustahl | 7,8 g/cm³ | 205 GPa | 1,0-fach | 2,1-fach |
| GFK, Glasgewebe/Epoxid, 43 Vol.-% | 1,78 g/cm³ | 19–21 GPa | 2,3- bis 2,5-fach | 1,0-fach |
| CFK, Carbongewebe/Epoxid, 50 Vol.-% | 1,50 g/cm³ | 52–58 GPa | 0,7- bis 0,8-fach | 0,6-fach |
Bei gleicher Steifigkeit ist GFK-Gewebe als biegebelastete Platte also etwa so schwer wie Aluminium, als Zugstab mehr als doppelt so schwer. Seinen Gewichtsvorteil holt GFK über die Bauweise, etwa als Sandwich oder mit Rippen, und überall dort, wo Festigkeit statt Steifigkeit die Auslegung bestimmt: Das Gewebelaminat erreicht nach Suter 330 bis 400 MPa Zugfestigkeit, EN AW-5083 als Blech bis 6,3 mm im weichgeglühten Zustand O/H111 275 bis 350 MPa bei anderthalbfacher Dichte; beides sind Werkstoff- und keine Bemessungswerte. Den Vergleich mit Carbon führt GFK oder CFK.
Dichte und Glasgehalt messen
Die Dichte einer Laminatprobe wird nach DIN EN ISO 1183-1 (Ausgabe 2025-09) bestimmt, die ein Eintauch-, ein Pyknometer- und ein Titrationsverfahren beschreibt; für ein festes Laminatstück liegt das Eintauchverfahren nahe, das die Probe an Luft und in einer Flüssigkeit wiegt. Den Glasgehalt liefert die Kalzinierung, also das Veraschen der Probe, nach DIN EN ISO 1172 als Masseanteil, mit Verfahren B getrennt von Mineralfüllstoff; den Ablauf beschreibt der Leitartikel Qualitätssicherung.
Daraus folgen Poren- und Faservolumengehalt:
- Porenfreie Dichte aus dem Glasmasseanteil ψ rechnen: ρ porenfrei = 1 / (ψ/ρF + (1 − ψ)/ρM).
- Porengehalt = 1 − ρ gemessen / ρ porenfrei; Verfahren dazu beschreibt DIN EN ISO 7822.
- Faservolumengehalt = ψ · ρ gemessen / ρF.
Die Kalzinierung nach DIN EN ISO 1172 gilt nur für Textilglas; für Laminate mit Kohlenstofffasern beschreibt DIN 16459 thermogravimetrische Verfahren, die die Probe beim Aufheizen fortlaufend wiegen. Füllstoffe mit unbekanntem Glühverhalten schließen die Porenrechnung über den Glühverlust aus – die US-Prüfnorm ASTM D2734 nennt als Beispiele Oxide und Carbonate, die dabei Masse gewinnen oder verlieren können.
Schwimmt GFK?
Massives GFK geht unter: Wasser hat bei 20 °C 0,998 g/cm³, ein GFK-Laminat rund 1,4 g/cm³ und mehr. Ein Boot schwimmt trotzdem, weil sein hohler Rumpf so viel Wasser verdrängt, wie das ganze Boot wiegt; schlägt es voll, tragen nur noch Bauteile, die leichter als Wasser sind. Ein Kilogramm Gewebe-Handlaminat verdrängt 0,6 Liter und zieht unter Wasser mit rund 0,4 kg nach unten. Ein Liter geschlossenzelliger Schaum mit 40 kg/m³ trägt dagegen rund 0,96 kg. Wie viel Auftrieb ein Boot unter 6 m Rumpflänge braucht, folgt aus der Bewertung nach DIN EN ISO 12217-3, nicht aus einer Faustregel.