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2. RUMPF- GFK MATERIAL
Um die Prozesse rund um die Osmose vollständig zu verstehen ist es wichtig, ein gewisses Grundwissen über die Bestandteile von Gelcoat und glasfaserverstärktem Kunststoff zu haben. In den gegenwärtig verwendeten Materialien, die die besten je entwickelten polymeren Bootsbaumaterialien sind, gibt es viele Komponenten, von denen jede einen bestimmten Zweck in der Struktur erfüllt.
Ungehärtetes Polyesterharz besteht aus kurzen Ketten von Polyestermolekülen, die in Styrol gelöst sind. Die Styroleinheiten können als winzige Kugellager gleichmäßiger Größe verstanden werden, die die Polyesterketten miteinander verbinden. Die Ketten werden durch die Verknüpfung dreier verschiedener Bindungen miteinander gebildet. Die Eigenschaften der Kette, wie etwa Stärke, Flexibilität und Wasserfestigkeit hängen von der Qualität jeder einzelnen Verknüpfung, der Anzahl der verschiedenen Bindungsarten und der Länge jeder Kette ab. Die Verbindungen werden von Glykolen, ortoph- isophtalischen Säuren und ungesättigten Säuren gebildet.
Bei der Beeinflussung der Eigenschaften des Polyesters werden gewisse Kompromisse eingegangen, um den Polyester für den Bootsbau optimal einzustellen. Eine Kette muss eine gewisse Anzahl ungesättigter Gruppen enthalten um einen stabiles Polyester zu ergeben, aber zu viele davon bewirken ein sprödes Material, das im Gebrauch bricht. Ein typisches Allzweck-Polyesterharz besteht aus Ketten mit 16 Bindungen. Acht davon sind Glykoleinheiten, die jede zweite Verknüpfung in der Kette besetzen. Vier der Bindungen werden phtalische Einheiten sein (isophtalisch, orthophtalsich oder tetraphtalisch) und vier der ungesättigten Gruppen bleiben ungesättigt. Für jede dieser Ketten sind acht sphärische Styrolgruppen vorhanden.
Wenn die korrekte Menge Härter zugegeben wird, gehen die ungesättigten Säuregruppen Bindungen mit den Styrolgruppen oder mit kurzen Polystyrolketten ein. Die Polystyrolketten verbinden die ungesättigten Säuregruppen des Harzes miteinander und härten so das Material aus, indem sie es dreidimensional vernetzen. Diese Aushärtungsreaktion erzeugt Wärme, die für die vollständige Aushärtung sehr wichtig ist, da sie weitere Vernetzungsreaktionen fördert.
Der für die Aushärtung eingesetzte Härter enthält verschiedene Bestandteile, von denen nur einer im Verlauf der Reaktion in das Polymernetz eingebaut wird. Die anderen Bestandteile des Härters verbleiben in freien Zwischenräumen innerhalb des Netzes. Diese verbleibenden Anteile sind wasserlöslich und könen zur Osmoseproblematik unter bestimmten, weiter unten beschriebenen Umständen beitragen. Zwischen ein und fünf Prozent eines vollständig ausgehärteten Polyesterharzes können aus wasserlöslichen Materialien (WSM) bestehen.
Die zweite Quelle für WSM entsteht als Ergebnis unvollständiger Aushärtung aus den Bestandteilen des Harzes. Gemäß sollten sämtliche Polyestergruppen in die dreidimensionale Vernetzung eingeschlossen werden.
Drei Ereignisse können jedoch Polymermoleküle in WSM verwandeln:
Zunächst ist da unvollständige Aushärtung, verursacht durch schlechte Durchmischung, niedrige Temperaturen beim Laminieren, zersetztem oder überaltertem Peroxyd, einer Reaktion von Styrol mit Luft oder falscher Auswahl des Härters. Diese Bedingungen können dazu führen, dass ein Teil der für die Vernetzung verantwortlichen Gruppen nicht reagiert und stattdessen als WSM in den Zwischenräumen des Polymers verbleibt. Zweitens kann es bei der Synthese des Polyesterharzes vorkommen, dass ein bestimmter Anteil entweder nicht zu Ketten reagiert oder aber kurze, gesättigte Ketten bildet, die ihrerseits WSM sind. Und drittens, können chemische Reaktionen mit Wasser oder Säure den Polymer aufbrechen und zur Bildung von WSM führen. Diese drei Mechanismen führen also zur Bildung wasserlöslicher Bestandteile (WSM) im Material. Ein Beispiel ist die Bildung von freiem Glykol, das Blasen verursacht. Bei der Herstellung eines Gelcoats wird Polyesterharz als Basis verwendet. Um Farbe und Deckkraft zu erreichen, wird ein Pigment- Pulver in das Harz gemischt. Das Harz wird mit sehr feinem Quarzmehl, Kieselgur, Feldspat je nach Hersteller angedickt um ein herunterfließen in der Form zu verhindern.
Zur Verbesserung der Fließeigenschaften werden unter anderem Tonerden eingesetzt. Schließlich finden Füller oder Streckmittel Verwendung, um die Menge des benötigten Gelcoats zu mindern und um in einigen Fällen auch, um die Festigkeit zu erhöhen.
Eine unbeantwortete Frage, die mit der Konzentration der WSM zu tun hat, betrifft den Mechanismus der Härtung des Rumpfmaterials. Wir haben immer angenommen, dass die WSM während der Aushärtung im wachsenden Netz eingeschlossen werden. Wenn beim Laminieren die Aushärtung allerdings an der Formseite beginnt und sich dann in einer Front durch das Material fortsetzt, könnten die WSM auch von einer wandernden Gel-Barriere aus dem Material herausgeschoben und an der freien Oberfläche konzentriert werden. Sie könnten dann in der nächsten Schicht als Harz gelöst werden und die Konzentrationsverteilung lokal durcheinander bringen. Die genaue Bedeutung dieser Art von Separation wird jedoch zum augenblicklichen Zeitpunkt noch nicht vollständig verstanden.
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Ungehärtetes Polyesterharz besteht aus kurzen Ketten von Polyestermolekülen, die in Styrol gelöst sind. Die Styroleinheiten können als winzige Kugellager gleichmäßiger Größe verstanden werden, die die Polyesterketten miteinander verbinden. Die Ketten werden durch die Verknüpfung dreier verschiedener Bindungen miteinander gebildet. Die Eigenschaften der Kette, wie etwa Stärke, Flexibilität und Wasserfestigkeit hängen von der Qualität jeder einzelnen Verknüpfung, der Anzahl der verschiedenen Bindungsarten und der Länge jeder Kette ab. Die Verbindungen werden von Glykolen, ortoph- isophtalischen Säuren und ungesättigten Säuren gebildet.
Bei der Beeinflussung der Eigenschaften des Polyesters werden gewisse Kompromisse eingegangen, um den Polyester für den Bootsbau optimal einzustellen. Eine Kette muss eine gewisse Anzahl ungesättigter Gruppen enthalten um einen stabiles Polyester zu ergeben, aber zu viele davon bewirken ein sprödes Material, das im Gebrauch bricht. Ein typisches Allzweck-Polyesterharz besteht aus Ketten mit 16 Bindungen. Acht davon sind Glykoleinheiten, die jede zweite Verknüpfung in der Kette besetzen. Vier der Bindungen werden phtalische Einheiten sein (isophtalisch, orthophtalsich oder tetraphtalisch) und vier der ungesättigten Gruppen bleiben ungesättigt. Für jede dieser Ketten sind acht sphärische Styrolgruppen vorhanden.
Wenn die korrekte Menge Härter zugegeben wird, gehen die ungesättigten Säuregruppen Bindungen mit den Styrolgruppen oder mit kurzen Polystyrolketten ein. Die Polystyrolketten verbinden die ungesättigten Säuregruppen des Harzes miteinander und härten so das Material aus, indem sie es dreidimensional vernetzen. Diese Aushärtungsreaktion erzeugt Wärme, die für die vollständige Aushärtung sehr wichtig ist, da sie weitere Vernetzungsreaktionen fördert.
Der für die Aushärtung eingesetzte Härter enthält verschiedene Bestandteile, von denen nur einer im Verlauf der Reaktion in das Polymernetz eingebaut wird. Die anderen Bestandteile des Härters verbleiben in freien Zwischenräumen innerhalb des Netzes. Diese verbleibenden Anteile sind wasserlöslich und könen zur Osmoseproblematik unter bestimmten, weiter unten beschriebenen Umständen beitragen. Zwischen ein und fünf Prozent eines vollständig ausgehärteten Polyesterharzes können aus wasserlöslichen Materialien (WSM) bestehen.
Die zweite Quelle für WSM entsteht als Ergebnis unvollständiger Aushärtung aus den Bestandteilen des Harzes. Gemäß sollten sämtliche Polyestergruppen in die dreidimensionale Vernetzung eingeschlossen werden.
Drei Ereignisse können jedoch Polymermoleküle in WSM verwandeln:
Zunächst ist da unvollständige Aushärtung, verursacht durch schlechte Durchmischung, niedrige Temperaturen beim Laminieren, zersetztem oder überaltertem Peroxyd, einer Reaktion von Styrol mit Luft oder falscher Auswahl des Härters. Diese Bedingungen können dazu führen, dass ein Teil der für die Vernetzung verantwortlichen Gruppen nicht reagiert und stattdessen als WSM in den Zwischenräumen des Polymers verbleibt. Zweitens kann es bei der Synthese des Polyesterharzes vorkommen, dass ein bestimmter Anteil entweder nicht zu Ketten reagiert oder aber kurze, gesättigte Ketten bildet, die ihrerseits WSM sind. Und drittens, können chemische Reaktionen mit Wasser oder Säure den Polymer aufbrechen und zur Bildung von WSM führen. Diese drei Mechanismen führen also zur Bildung wasserlöslicher Bestandteile (WSM) im Material. Ein Beispiel ist die Bildung von freiem Glykol, das Blasen verursacht. Bei der Herstellung eines Gelcoats wird Polyesterharz als Basis verwendet. Um Farbe und Deckkraft zu erreichen, wird ein Pigment- Pulver in das Harz gemischt. Das Harz wird mit sehr feinem Quarzmehl, Kieselgur, Feldspat je nach Hersteller angedickt um ein herunterfließen in der Form zu verhindern.
Zur Verbesserung der Fließeigenschaften werden unter anderem Tonerden eingesetzt. Schließlich finden Füller oder Streckmittel Verwendung, um die Menge des benötigten Gelcoats zu mindern und um in einigen Fällen auch, um die Festigkeit zu erhöhen.
Eine unbeantwortete Frage, die mit der Konzentration der WSM zu tun hat, betrifft den Mechanismus der Härtung des Rumpfmaterials. Wir haben immer angenommen, dass die WSM während der Aushärtung im wachsenden Netz eingeschlossen werden. Wenn beim Laminieren die Aushärtung allerdings an der Formseite beginnt und sich dann in einer Front durch das Material fortsetzt, könnten die WSM auch von einer wandernden Gel-Barriere aus dem Material herausgeschoben und an der freien Oberfläche konzentriert werden. Sie könnten dann in der nächsten Schicht als Harz gelöst werden und die Konzentrationsverteilung lokal durcheinander bringen. Die genaue Bedeutung dieser Art von Separation wird jedoch zum augenblicklichen Zeitpunkt noch nicht vollständig verstanden.
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