Abschnitt 13 - 13 Beschichten
Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK)
Faserverbundwerkstoffe sind Verbundwerkstoffe, bei denen man sich die speziellen Eigenschaften von Faserstrukturen zu Nutze macht. Dazu gehören auch die glasfaserverstärkten Kunststoffe. Sie bestehen aus Fasern und der Kunststoff-Matrix. Neben Glasfasern kommen auch Kohlenstofffasern (umgangssprachlich Carbonfasern), Keramik- und Naturfasern zum Einsatz. Die Matrix umschließt die Fasern, fixiert diese an der gewünschten Position und schützt sie vor Umwelteinflüssen. Üblicherweise werden duroplastische Kunststoffe als Matrix verwendet, wie z. B. ungesättigte Polysterharze.
In der Schule wird die Matrix PVAC (PolyVinylAcetatleim oder einfach: Weißleim) am häufigsten verwendet. PVAC ist ein formaldehydfreier Dispersionsleim. Faserverbundwerkstoffe werden genutzt, weil die positiven Eigenschaften von beiden Materialien kombiniert werden können. Zum Beispiel die hohe Festigkeit der Fasern und die chemische Beständigkeit eines Kunststoffes. Wegen dieser und weiterer Vorteile kommt der Werkstoff in vielen Bereichen wie z. B. Luft- und Raumfahrt, Bootsbau und Automobilbau zur Anwendung.
Das Handlaminierverfahren
Zu den gängigsten Herstellungsverfahren von Faserverbundbauteilen gehört das Hand- oder Nasslaminieren. Die Halbzeuge, wie zum Beispiel Rovings, Matten oder Gewebe, werden in eine Form oder auf einer Fläche abgelegt und mit Hilfe eines Pinsels oder einer Rolle mit Harz getränkt und angedrückt. Es kommen dabei fast ausschließlich duroplastische Kunststoffe als Matrixwerkstoffe zur Anwendung. Diese liegen anfangs in flüssiger Form vor und ermöglichen auf Grund ihrer geringen Viskosität eine sehr gute Benetzung der Fasern. Faserablage und Benetzung der Fasern mit der flüssigen Matrix erfolgen hier gleichzeitig mit dem Formgebungsverfahren. Es entsteht ein schichtweise aufgebautes Faserverbundbauteil, ein Laminat. Nach anschließender Aushärtung der Matrix können die Bauteile entformt und nachbearbeitet werden. Im Handlaminierverfahren können Bauteile in beinahe beliebiger Größe hergestellt werden (siehe Abb. 30 u. 31).
Abb. 30
Handlaminieren
Abb. 31
Handlaminierverfahren
Bei Ungesättigten Polyesterharzen (UP) als Matrixgrundlage von glasfaserverstärkten Kunststoffen ist folgendes zu beachten:
Sicherheits- bzw. Herstellerhinweise beachten
Großflächig im Freien oder in gut gelüfteten Räumen verarbeiten
In das Harz erst Beschleuniger (Schwermetallsalze, Amine) sorgfältig einrühren, dann Härter (Peroxide) zugeben. Härter und Beschleuniger niemals direkt miteinander vermischen (Explosionsgefahr). Vorbeschleunigte Harze bzw. Cobaltnaphthenat als Beschleuniger und MEKP-Härter (Methylethylketonperoxid) bevorzugen.
Schutzbrille und Schutzhandschuhe tragen (vgl. RiSU, Teil II - 2.6.7)
Auf Epoxidharze sollte aufgrund der sensibilisierenden Wirkung und des Epichlorhydrinanteils im Unterricht verzichtet werden. Alle entstehenden Stäube bei Säge- oder Schleifarbeiten sind grundsätzlich immer mit einem Entstauber mit Feinstaubfilter (Staubklasse M oder H) aufzusaugen. Dies gilt nicht nur für Glasfaserstaub, sondern auch für Kunststoffstaub!
Die mechanische Nachbehandlung
Gelegentlich überstehende GFK-Reste aus der Form können in "lederhartem Zustand" bei Bedarf z. B. mit einem scharfen Sicherheitsmesser abgetrennt werden. Übrige GFK-Reste können mit der Band- oder Stichsäge entfernt. Bei der Bearbeitung mit schnell laufenden Sägen ist wegen der Staubgefahr das Tragen einer Feinstaubfiltermaske (Schutzstufe FFP1 oder 2) erforderlich. Die Sicherheitsdatenblätter der Kunststoff-Herstellungsunternehmen geben zu der erforderlichen Feinstaubfiltermaske Auskunft. Vom Einsatz von Winkelschleifern oder Trennscheiben wird wegen der starken Entwicklung gesundheitsschädlicher Stäube abgeraten.