Verbundwerkstoff und Laminieren — Handlaminieren und Vakuuminfusion

Nicht alle Kunststoffprodukte kommen in wenigen Sekunden aus einer Maschine. Große, leichte und feste Konstruktionen — Bootsrümpfe, Tanks, Kabinen und Windkraftflügel — werden stattdessen Schicht für Schicht in einer Form aufgebaut, in der eine verstärkende Faser mit einem flüssigen Harz verbunden wird, das anschließend zu einem festen, steifen Ganzen aushärtet. Das ist der Kern dessen, was in der Kunststoffformer-Ausbildung die Duroplast-Fachrichtung heißt, und die Techniken unterscheiden sich deutlich vom Spritzgießen an einer Maschine.

Die Arbeit beginnt mit einer Form, die oft mit einem Trennmittel und einem Gelcoat behandelt ist — einer dünnen, eingefärbten Oberflächenschicht, die zur sichtbaren Außenseite des Produkts wird. Auf dem Gelcoat wird das eigentliche Laminat Schicht für Schicht aus Verstärkungsfasern und Harz aufgebaut, bis die gewünschte Dicke und Festigkeit erreicht ist. Wenn das Harz ausgehärtet ist, wird das Werkstück aus der Form genommen, und die Form kann für das nächste Werkstück wiederverwendet werden.

Beim Handlaminieren werden Fasermatten oder gewebtes Roving in die Form gelegt, und das Harz wird mit Rolle oder Pinsel aufgetragen, während Luftblasen mit einer Rillenrolle herausgedrückt werden. Das ist eine Technik, die Routine erfordert: zu wenig Harz ergibt trockene, schwache Partien, zu viel macht das Laminat unnötig schwer, und Luft, die nicht herausgedrückt wird, wird zu Schwachstellen im fertigen Werkstück.

• 01Die Form wird mit Trennmittel und gegebenenfalls Gelcoat vorbereitet.
• 02Die erste Faserlage wird eingelegt und gründlich mit Harz getränkt.
• 03Die Luft wird mit der Rolle herausgedrückt, Lage für Lage, bis die Faser vollständig getränkt ist.
• 04Der Vorgang wird wiederholt, bis die geplante Dicke und der geplante Schichtaufbau erreicht sind.
• 05Das Werkstück härtet aus, oft mit einer kontrollierten exothermen Reaktion, bevor es entformt wird.

Bei der Vakuuminfusion werden die trockenen Faserlagen zuerst ohne Harz in die Form gelegt. Danach wird der gesamte Aufbau unter einer Vakuumfolie eingeschlossen, und ein Unterdruck saugt das Harz über Kanäle im Aufbau durch die Faser. Die Methode ergibt ein gleichmäßigeres Verhältnis zwischen Faser und Harz, weil überschüssiges Harz während des Prozesses abgesaugt wird, was ein leichteres und festeres Laminat als die Handlaminierung ergibt. Zugleich läuft die gesamte Infusion in einem geschlossenen System ab, was die Ausdünstung von Styrol im Vergleich zur offenen Handlaminierung deutlich verringert.

Fasertypen im Verbundwerkstoff

Glasfaser ist die verbreitetste und günstigste Verstärkungsfaser und wird in den meisten Standardverbundwerkstoffen eingesetzt. Kohlefaser ist bei gleicher Festigkeit deutlich leichter und steifer, aber auch teurer, und wird typischerweise dort eingesetzt, wo das Gewicht kritisch ist — etwa in Teilen von Windkraftflügeln, in Sportgeräten und in Rennwagen. Aramidfaser, besser bekannt unter der Marke Kevlar, hat besonders gute Schlageigenschaften und wird dort eingesetzt, wo die Konstruktion Stößen und Durchschlägen standhalten muss.

“Bei einem guten Laminat geht es nicht darum, möglichst viel Harz zu verwenden — es geht darum, genau ausreichend zu verwenden.”

— Fachliche Faustregel im Kompositfach