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3. HERSTELLUNGSPROZESS GFK-LAMINATE
Bootsrümpfe werden üblicherweise von außen nach innen hergestellt, indem zunächst Gelcoat - die erste Lage Härter mit Paraffin angereichert- in eine gewachste Form eingebracht und dann die Glaslagen zur Verstärkung und das Harz hinzugefügt werden, um den Rumpf fertig zu stellen. Das Gelcoat, pigmentiertes und gefülltes Polyester, wird verwendet, um die darunterliegende Glaskompositstruktur zu überdecken, die farbige Oberfläche zu erzeugen und um eine flexible und harte Oberfläche zu erzeugen und als Stoßdämpfer zu wirken. Es soll helfen zu verhindern, dass so wenig wie möglich Feuchte in das Laminat diffundiert. Es wird normalerweise in einer Stärke von 0,5mm - 0,8mm in die Form gesritzt, während des Aushärtens schrumpft das Gelcoat dann auf bis zu 0,4mm- 0,6 mm zusammen. Das Gelcoat kann gehärtet werden, indem der Härter in die Masse gemischt und diese heisse Mischung‘ dann innerhalb der 10-20 Minuten bis zum Anziehen in die Form gespritzt oder gerollt wird. Es kann aber auch gehärtet werden, indem Härter und Harz mit kommerziell erhältlichen Spezialspritzpistolen parallel in die Form gespritzt und dabei gemischt werden. In beiden Fällen ist eine gute Durchmischung der Komponenten essenziell. Eine verstopfte oder teilweise verstopfte Düse führt zu schlecht ausgehärtetem Harz, das wenig Widerstand gegen Blasenbildung hat, weil unvernetzte Gruppen als WSM im Harz verbleiben.
Die Peroxyd-Katalysatoren haben eine begrenzte Lagerfähigkeit. Sie sollten kühl und gut verschlossen aufbewahrt werden, bei einer Temperatur von mindestens 15°C verarbeitet und niemals nach dem vom Hersteller angegebenen Verfallsdatum verwendet werden. Das Gelcoat soll in einer durchgehenden Lage aufgebracht werden. Wird es in mehreren Lagen aufgebracht, die zwischen den einzelnen Durchgängen aushärten können, dann besteht an den Grenzen zwischen den Lagen die Gefahr der Blasenbildung. Das Gelcoat soll so dick wie möglich aufgebracht werden. Größere Massen führen zu mehr Reaktionswärme, was sich positiv aus die Aushärtung auswirkt. Ein dickeres Gelcoat ist auch keine bessere Barriere gegen eindringende Feuchtigkeit. In der Praxis sind Gelcoatstärken von 0,8-1mm erreichbar, größere Mengen haften schlecht in der Form und fließen von den Wänden herunter und neigen später leichter zum reissen.
Durch direkten Kontakt mit der Luft entsteht beim Aushärten eine "luft-gehemmte Schicht", eine "klebrige Schicht" an der Oberfläche, in der die Vernetzung gehemmt ist und zu Blasenbildung führen kann. Styrolgruppen, die eigentlich für die Querverbindungen zuständig sind, können mit der Luft zu wasserlöslichem Benzaldehyd reagieren. Wenn das Styrol in der Nähe der Oberfläche durch die Reaktion mit der Luft verbraucht wird, vernetzt das Oberflächenpolyester nicht korrekt und es bleibt selbst nach vollständiger Aushärtung des Harzes klebrig. Die Oberflächenschicht ist mit WSM angereichert und Blasenbildung wird befördert.
Entfernen der Luft-gehemmten Schicht durch Schleifen führte zu schwerem Blasenbefall, da das klebrige Material nicht entfernt, sondern in das Material hinein gerieben wurde. In der Praxis ist es die beste Lösung, ein Gelcoat dick aufzutragen, die Aushärtung durch Heizen zu beschleunigen und mit dem Laminieren so bald wie möglich zu beginnen, um eine gehemmte Lage zu vermeiden. Sobald sich das Gelcoat klebrig anfühlt wird Laminierharz aufgesprüht und eine verstärkende Matte wird mit Scheibenroller appliziert. Dieses Vorgehen drückt die Luft aus dem Laminat, sorgt für vollständige Benetzung der Glasfasern und erhält ein hohes Verhältnis von Glas zu Harz. Einige eingeschlossene Blasen sind unvermeidlich, sie verursachen Blasenbildung aber nicht selbst. Die Entlüftung des Laminates sollte trotzdem möglichst vollständig erfolgen, allein schon, weil Luftblasen im Material immer auch eine Schwächung des Verbundes bedeuteten.
Aus einer Reihe von Gründen im Zusammenhang mit der Einstellung passender Expansionscoeffizienten, Elastizitätsmodul und steigender Spannungen bei Wasseraufnahme ist es akzeptierte Praxis, eine besonders harzreiche Lage zwischen Gelcoat und der ersten strukturell tragenden Schicht einzubauen. Dabei wird zwischen Gelcoat und Laminat ein Vlies oder eine leichte Matte eingesetzt. Die Glasverstärkungen in dieser und den folgenden Lagen müssen mit einem Binder gewählt werden, der nicht wasserlöslich ist. Wasserlösliche Binder sind WSM und verursachen dementsprechend Blasenbildung. Unter den Rovings, die in Chopper-Spritzpistolen verwendet werden, gibt es einige, die emulsionsgebunden sind. Tests mit Ausbrennen ergaben einen Binderanteil von ein bis fünf Prozent. Diese Konzentration an WSM kann direkt unter dem Gelcoat Blasenbildung verursachen.
Seit den frühen fünfziger Jahren gab es mehrere große Änderungen in den Herstellungsprozessen. Einige dieser Änderungen waren Ergebnis konstruktiver Änderungen, einige waren das Resultat von Materialänderungen und einige wurden durch Regel- und Gesetztesvorgaben bewirkt. Der Einsatz von Spritzpistolen hat seit den 1970-ern stark zugenommen. Härterzusammensetzungen wurden nach
den Veränderungen der Transportgesetze durch das Department of Transportation in den späten 1970ern geändert. Diese Regeln wirkten sich auf den Anteil des aktiven Sauerstoffs im MEKP-Härter aus, der von 11% auf 9% reduziert wurde. Auch Regeln, die von der OSHA in den frühen 1980ern erließ, mögen sich auf die Harzkompositionen ausgewirkt haben. Der Ölpreis kann dazu führen, dass das Harz aus anderen Quellen bezogen oder der Anteil der eingesetzten Filter geändert wird. Wenn statistische Daten über Blasenhäufigkeiten bekannt wären, könnten diese Daten mit den Änderungen korreliert werden um Ursachen und Wirkungen aufzuzeigen.
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WEITER ZU 4
Die Peroxyd-Katalysatoren haben eine begrenzte Lagerfähigkeit. Sie sollten kühl und gut verschlossen aufbewahrt werden, bei einer Temperatur von mindestens 15°C verarbeitet und niemals nach dem vom Hersteller angegebenen Verfallsdatum verwendet werden. Das Gelcoat soll in einer durchgehenden Lage aufgebracht werden. Wird es in mehreren Lagen aufgebracht, die zwischen den einzelnen Durchgängen aushärten können, dann besteht an den Grenzen zwischen den Lagen die Gefahr der Blasenbildung. Das Gelcoat soll so dick wie möglich aufgebracht werden. Größere Massen führen zu mehr Reaktionswärme, was sich positiv aus die Aushärtung auswirkt. Ein dickeres Gelcoat ist auch keine bessere Barriere gegen eindringende Feuchtigkeit. In der Praxis sind Gelcoatstärken von 0,8-1mm erreichbar, größere Mengen haften schlecht in der Form und fließen von den Wänden herunter und neigen später leichter zum reissen.
Da zum beschleunigen solcher Härtungsprozesse unter anderem Kobalt verwendet wird, kommt es vereinzelt immer wieder bei Yachten nach 2-3 Jahren zu einer Kobaltoxydation. Diese Reaktion ist im Gelcoat zu erkennen, wenn sich bis zu mehreren hundert - tausende von kleinen dunkelgrauen - schwarzen Pünktchen bis zu Stecknadelkopf-Größe im Gelcoat bilden. Diese Reaktion ist also keine Schwächung des Gelcoat und nur eine optische Sache für die nach 2 Jahren keine Garantie oder Gewährleistung durchsetzbar ist. Mit polieren lassen sich solche Oxydationen nicht beseitigen. Es gibt zahlreiche Wundermittel im Nanobereich die angeblich helfen sollen. Die Praxis ist aber, nur ein kurzzeitiges abdecken und nach wenigen Tagen sind die Pünktchen wieder sichtbar. Die einzige Möglichkeit ist in diesem Fall eine Lackierung mit PU-Acryl.
- Eine dickere Lage führt zu einer wärmeren, schnelleren Reaktion, die die Zeit verkürzt, in der das Styrol mit der Luft reagieren kann. Zumindest 0,7 mm Nassschichtdicke sollten aufgetragen werden.
- Die Luft-gehemmte Schicht kann mit Aceton abgewaschen werden. Wenn dieser Vorgang jedoch nicht mit Umsicht ausgeführt wird, kann das Problem durch die Bildung von Bereichen mit erhöhten WSM-Konzentrationen verlagert werden.
- Ein Wachs kann dem Harz zugesetzt werden, dass auf der Oberfläche schwimmt und für Luftabschluss sorgt, aber auch das bringt Probleme mit sich: Soll mit dem Laminataufbau weitergemacht werden, dann muss das Wachs zuvor restlos entfernt werden.
- Eine Schutzlage aus Wachspapier kann das Harz während des Aushärtens von der Luft abschirmen. Diese Methode birgt jedoch eine besondere Schwierigkeit: Durch den Druck beim Auflegen des Papiers wird die gleichmäßige Schichtdicke des Gelcoats zerstört.
- Eine wasserlösliche Barriere, z.B. aus P.V.A, die aufgetragen und nach dem Aushärten wieder abgewaschen wird, wurde getestet. Diese Technik macht einen viel versprechenden Eindruck, aber es sind weitere Tests nötig, um ihre Effektivität zu belegen. P.V.A. muss äußerst sorgfältig abgewaschen werden, denn verbleibendes P.V.A. geht in der folgenden Laminatlage in Lösung, wo es zu einer Quelle von WSM wird und zu Blasenwurf führt.
- Das Gelcoat kann in der Spritzpistole oder unter Anwendung mobiler Infrarotstrahler oder einer ähnlichen Wärmequelle in der Form geheizt werden. Dies hilft, die Luft- gehemmte Schicht zu reduzieren indem sowohl die Härtungsgeschwindigkeit als auch die Durchhärtungsrate gesteigert werden.
Entfernen der Luft-gehemmten Schicht durch Schleifen führte zu schwerem Blasenbefall, da das klebrige Material nicht entfernt, sondern in das Material hinein gerieben wurde. In der Praxis ist es die beste Lösung, ein Gelcoat dick aufzutragen, die Aushärtung durch Heizen zu beschleunigen und mit dem Laminieren so bald wie möglich zu beginnen, um eine gehemmte Lage zu vermeiden. Sobald sich das Gelcoat klebrig anfühlt wird Laminierharz aufgesprüht und eine verstärkende Matte wird mit Scheibenroller appliziert. Dieses Vorgehen drückt die Luft aus dem Laminat, sorgt für vollständige Benetzung der Glasfasern und erhält ein hohes Verhältnis von Glas zu Harz. Einige eingeschlossene Blasen sind unvermeidlich, sie verursachen Blasenbildung aber nicht selbst. Die Entlüftung des Laminates sollte trotzdem möglichst vollständig erfolgen, allein schon, weil Luftblasen im Material immer auch eine Schwächung des Verbundes bedeuteten.
Aus einer Reihe von Gründen im Zusammenhang mit der Einstellung passender Expansionscoeffizienten, Elastizitätsmodul und steigender Spannungen bei Wasseraufnahme ist es akzeptierte Praxis, eine besonders harzreiche Lage zwischen Gelcoat und der ersten strukturell tragenden Schicht einzubauen. Dabei wird zwischen Gelcoat und Laminat ein Vlies oder eine leichte Matte eingesetzt. Die Glasverstärkungen in dieser und den folgenden Lagen müssen mit einem Binder gewählt werden, der nicht wasserlöslich ist. Wasserlösliche Binder sind WSM und verursachen dementsprechend Blasenbildung. Unter den Rovings, die in Chopper-Spritzpistolen verwendet werden, gibt es einige, die emulsionsgebunden sind. Tests mit Ausbrennen ergaben einen Binderanteil von ein bis fünf Prozent. Diese Konzentration an WSM kann direkt unter dem Gelcoat Blasenbildung verursachen.
Seit den frühen fünfziger Jahren gab es mehrere große Änderungen in den Herstellungsprozessen. Einige dieser Änderungen waren Ergebnis konstruktiver Änderungen, einige waren das Resultat von Materialänderungen und einige wurden durch Regel- und Gesetztesvorgaben bewirkt. Der Einsatz von Spritzpistolen hat seit den 1970-ern stark zugenommen. Härterzusammensetzungen wurden nach
den Veränderungen der Transportgesetze durch das Department of Transportation in den späten 1970ern geändert. Diese Regeln wirkten sich auf den Anteil des aktiven Sauerstoffs im MEKP-Härter aus, der von 11% auf 9% reduziert wurde. Auch Regeln, die von der OSHA in den frühen 1980ern erließ, mögen sich auf die Harzkompositionen ausgewirkt haben. Der Ölpreis kann dazu führen, dass das Harz aus anderen Quellen bezogen oder der Anteil der eingesetzten Filter geändert wird. Wenn statistische Daten über Blasenhäufigkeiten bekannt wären, könnten diese Daten mit den Änderungen korreliert werden um Ursachen und Wirkungen aufzuzeigen.
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