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Guss- und Laminiertechnik

Guss- und Laminiertechnik 

Die Guss- und Laminiertechnik mit Reaktionsharzen im Heimwerkerbereich nimmt speziell im Modellbau einen hohen Stellenwert ein. Sie gestattet es, nahezu beliebig geformte Bauteile in fast allen Dimensionen herzustellen. Hierzu werden Reaktionsharze verwendet, deren Komponenten bei der Verarbeitung gemischt und zusammen mit verstärkenden Stoffen auf oder in Formen eingebracht werden und dort bis zum vollständigen Aushärten verbleiben. Dann erfolgt die Entformung. Die Qualität und die Eigenschaften des Bauteils hängen ab vom: 

  • Gießharztyp 
  • Laminatwerkstoff 
  • Füllmaterial 
  • Laminierverfahren 
  • Formgestaltung und Güte 

 

Praktischer Umgang mit Reaktionsharzen 

 

Reaktionsharze ermöglichen die Herstellung von Bauteilen mit vergleichsweise geringem handwerklichem Aufwand. Die Arbeitsschritte sind einfach und die notwendige Praxiserfahrung ist schnell erlernbar. Dennoch werden bei keinem anderen Arbeitsverfahren so viele Fehler gemacht und Lehrgeld bezahlt wie beim Umgang mit Gießharzen. Fast immer sind diese Fehler und die damit verbundenen Qualitätsmängel der Bauteile auf die Nichtbefolgung der Arbeitsanweisungen zurückzuführen. Die wichtigsten Regeln werden im Folgenden kurz beschrieben. Wer sein Wissen vertiefen möchte, sei an dieser Stelle auf das vorzügliche, praxisorientierte Handbuch der Firma R&G Faserverbundwerkstoffe GmbH, im Meißel 7, D-71111 Waldenbuch, www.r-g.de verwiesen. Die Firma vertreibt neben den Reaktionsharzen und Faserwerkstoffen alle zum Laminieren notwendigen Werkzeuge und Zubehöre. 

Reaktionsharztypen 

Die wichtigsten Eigenschaften der Harztypen wurde im Kapitel Werkstoffkunde beschrieben. Auf die wichtigsten Unterschiede der beiden im Heimwerkerbereich am häufigsten verwendeten Harztypen 

  • Polyesterharz 
  • Epoxidharz 

 

wird nochmals hingewiesen. 

 

UP-Polyesterharze 

Die Harze benötigen zur Kalthärtung (18 – 25 °C) die Zugabe eines Peroxid- Härters und die Zugabe eines Cobalt- Beschleunigers. Der Mischungsvorgang erfolgt zweckmässigerweise so, dass dem Harz zunächst der Beschleuniger beigemischt wird. Harz mit eingemischtem Beschleuniger ist über längere Zeit lagerfähig, es findet keine Reaktion statt. Der jeweils benötigten Verarbeitungsmenge wird dann der Härter zugesetzt. Das direkte Mischen von Härter und Beschleuniger bewirkt eine explosionsartige Reaktion und ist deshalb nicht zulässig. Für einfachere Verarbeitung werden aber auch vorbeschleunigte Harze geliefert, die dann zur Reaktion lediglich eine Härterzugabe benötigen. Während der Härtungsreaktion wird Wärme freigesetzt. Bei dicken Wandstärken und Harzkonzentrationen kann es zu örtlicher Überhitzung kommen, welche zur Zerstörung des Bauteils führen. Da die Härtungsreaktion durch den Mischungsanteil des Härters in gewissen Grenzen beeinflusst werden kann, ist in diesen Fällen weniger Härteranteil zu wählen bzw. ein langsamhärtendes Harz zu verwenden. Umgekehrt können dünne Bauteile mit großer Oberfläche eine größere Härtermenge nötig machen bzw. es ist ein schnellhärtendes Harz zu verwenden. Es können Aushärtzeiten zwischen einer und mehreren Stunden eingestellt werden. Beim Aushärten von UP-Harzen tritt eine Schrumpfung bis ca. 8% auf, was bei der Bauteilund Formdimensionierung berücksichtigt werden muss. 

 

Epoxidharz 

EP-Harze härten duch die Zugabe eines Diamin- oder Polyamin-Härters aus, der im Gegensatz zu den UP-Harzen in einem festen, unveränderlichen Mischungsverhältnis zum Harz steht. Schnelleres oder langsameres Aushärten kann also nicht durch mehr oder weniger Härterzugabe erfolgen. Die Beeinflussung der Reaktionszeit ist ausschließlich durch unterschiedliche Härtertypen und niedrigere oder höhere Temperatur zu erreichen. Das vorgegebene Mischungsverhältnis ist genau (+/-2% !) einzuhalten. Werden dem Harz Füllstoffe beigemischt, so muss erst Harz und Härter miteinander gemischt werden. Erst dann dürfen die Füllstoffe zugesetzt werden, weil sonst das Mischungsverhältnis (Gewichtsbasis) nicht mehr stimmt. EP-Harze härten langsam aus. Kalthärtende Harze benötigen ca. 24 Stunden zur Aushärtung, danach könnend die Bauteile entformt werden. Da die Reaktion jedoch erst nach ca. 7 Tagen völlig abgeschlossen ist, findet innerhalb dieser Zeit noch eine gewisse Nachverfestigung statt. Bauteile sollten also erst nach dieser Zeit voll belastet werden. Beim Aushärten des EP-Harzes tritt praktisch kein Schwund auf.

 

Laminatwerkstoffe 

Die Laminatwerkstoffe (Verstärkungsstoffe) bestimmen maßgeblich die mechanischen Eigenschaften des späteren Bauteils. Hier besteht eine Analogie zur Stahlarmierung von Beton. Entsprechend ihrer Struktur

  • Fasern
  • Gewirk
  • Gewebe 

 

und dem Werkstoff, aus dem sie bestehen

  • Glas
  • Kohle (Carbon)
  • Aramid 

 

haben sie großen Einfluss auf die Gestaltungsmöglichkeiten, die Festigkeit, Elastizität und die Kosten.

 

Fasern 

Fasern werden gesponnen und zu sogenannten Rovings zusammengefasst. Sie haben nur längs der Fasern Festigkeit, man kann hierdurch Bauteilen in einer Vorzugsrichtung eine sehr hohe Festigkeit verleihen. Die Anwendung ist aufwendig. 

 

Gewirk 

Wenn Fasern kurzer Länge in den unterschiedlichsten Richtungen miteinander „verwirkt“ werden, entstehen Matten. Sie sind das kostengünstigste Standardmaterial für die Verstärkung von Laminierharzen. Matten weisen in allen Richtungen dieselbe Festigkeit auf. Matten aus Gewirk sind einfach in der Anwendung und werden vorzugsweise für manuelle Verfahren angewendet. Bei der Überlappung von Matten kann das Gewirk an den Rändern zerfasert werden, wodurch sich glatte Übergänge ergeben. Die Einteilung der Gewirkmatten erfolgt nach Gewicht. Üblich sind Matten von 50 – 600 g/m². 

 

Gewebe 

Gewebe werden ähnlich Textilfasern aus Rovingsträngen gewoben. Durch unterschiedliche Webarten (Leinwand, Köper, Atlas) können entsprechend niedrigere oder höhere Gewebefestigkeiten in einer bestimmten Richtung erzielt werden. Durch unterschiedliche Rovingstärken in Kette und Schuss (webtechnische Begriffe) können Vorzugsrichtungen im Gewebe erzeugt werden, in denen sie entweder dehnbarer oder steifer sind. Gewebematten sind etwas aufwendiger in der Verarbeitung. Bei gleichem Gewichtsanteil lassen sich aber gegenüber Gewirkmatten höhere Festigkeiten erreichen. Die Einteilung der Gewebematten erfolgt nach Gewicht. Üblich sind Matten von 20 – 1.200 g/m². 

 

Glas 

Glas ist kostengünstig und deshalb der am meisten verwendete Faserwerkstoff. Glas ist Namensgeber für GFK (GlasFaserverstärkter Kunststoff). Die typische Zugfestigkeit liegt bei ca. 1.000 – 1.800N/mm², die Bruchdehnung bei ca. 2 – 3 %. 

 

Kohle (Carbon) 

Mit Kohlefasern sind erheblich höhere Steifigkeiten der Bauteile möglich als mit Glasfasern. Sie sind aufwendiger in der Herstellung und deshalb kostenintensiver. Die Dehnfähigkeit der Kohlefaser ist geringer, ihre Sprödigkeit muss bei der Verarbeitung berücksichtigt werden. Die Farbe ist Schwarz. Kohlefasern leiten die Elektrizität und sind brennbar Die typische Zugfestigkeit liegt bei ca. 2.400 – 7.000 N/mm², die Bruchdehnung bei ca. 0,5 – 2,3 %. 

 

Aramid 

Aramidfasern bestehen aus Polyamiden. Sie sind unter dem Markennamen Kevlar® bekannt und werden auch für hochbeanspruchte Gewebe verwendet. Aramidfasern sind leicht und elastisch, neigen aber unter Lichteinfluss zur Alterung. Die Laminate müssen deshalb lichtschützend eingefärbt werden. Ihre Verarbeitung ist aufwendig. Wegen ihres geringen Gewichts werden sie bei leichten Konstruktionen eingesetzt. Die typische Zugfestigkeit liegt bei ca. 2.500 – 3.500 N/mm², die Bruchdehnung bei ca. 2 – 4%. 

 

Siehe auch

 


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