Technische Unterstützung | Detaillierte Erklärung des manuellen Glasfaserverlege-Prozesses

                                           

I. Auftragen von Gelcoat durch Sprühen und Streichen

Um die Oberflächenbedingung von FRP (Faserverstärktem Kunststoff) zu verbessern und zu verschönern, den inneren FRP-Schutz vor Erosion zu schützen und die Lebensdauer der Produkte zu verlängern, bilden wir üblicherweise eine Gelcoat-Schicht mit hohem Harzgehalt, vermischt mit Pigmentpaste, auf der Arbeitsfläche der Produkte. Diese Schicht kann aus reinem Harz bestehen oder durch ein Oberflächenvlies verstärkt werden und wird als Gelcoat-Schicht (auch Oberflächenschicht oder dekorative Schicht genannt) bezeichnet. Die Qualität der Gelcoat-Schicht beeinflusst direkt das Erscheinungsbild, die Wetterbeständigkeit, die Wasserbeständigkeit und den Schutz gegen chemische Korrosion der Produkte. Daher sind folgende Punkte zu beachten, wenn die Gelcoat-Schicht gesprüht oder aufgestrichen wird:

(1) Beim Anmischen von Gelcoat-Harz ist eine gründliche Vermengung erforderlich, insbesondere wenn Pigmentpasten verwendet werden. Uneinheitliches Mischen führt zu Flecken und Streifen auf der Oberfläche des Produkts, was nicht nur die Optik beeinträchtigt, sondern auch die physikalischen Eigenschaften verringert. Aus diesem Grund sollte möglichst eine mechanische Rührvorrichtung verwendet werden, vorzugsweise ein Mischgerät, das keine Wirbel erzeugt, um die Einschleppung von Luft zu vermeiden.

(2) Der Gelcoat kann mit einem Pinsel oder einer speziellen Spritzpistole aufgebracht werden. Während des Spritzvorgangs sollten 5–7 % Styrol zugesetzt werden, um die Viskosität des Harzes einzustellen und den Verlust an Styrol durch Verdampfung während des Spritzprozesses auszugleichen.

(3) Die Dicke der Gelcoat-Schicht muss genau zwischen 0,3–0,5 mm kontrolliert werden. Üblicherweise erfolgt dies durch die Masse des verwendeten Gelcoats pro Flächeneinheit, das heißt, die Gelcoat-Dosierung beträgt 350–550 g/㎡, wodurch die oben genannten Dickenanforderungen erreicht werden.

Die Dicke der Gelschicht sollte angemessen sein: weder zu dünn noch zu dick. Ist die Gelschicht zu dünn, kann sie unvollständig aushärten, wodurch die Glasfasern auf der Rückseite der Gelschicht sichtbar werden können, was die optische Qualität beeinträchtigt und die verschönernde sowie schützende Wirkung des GFK-Produkts beeinträchtigt. Ist die Gelschicht hingegen zu dick, neigt sie zum Rissbildung und weist eine geringe Schlagfestigkeit auf, insbesondere kann sie Stößen von der Rückseite des Produkts nicht standhalten. Ungleichmäßiges Auftragen der Gelschicht kann ebenfalls Rissbildung beim Entformen verursachen, bedingt durch innere Spannungen im Harz, die durch unterschiedliche Aushärtungsgeschwindigkeit an der Oberfläche entstehen.

(4) Die Gelschicht sollte gleichmäßig aufgetragen werden, um möglichst weitgehend lokale Ansammlungen der Gelschicht zu vermeiden.

(5) Der Aushärtegrad der Gelschicht muss richtig kontrolliert werden.

Die beste Methode, um festzustellen, ob die Gelcoat-Schicht richtig ausgehärtet ist, ist die Berührungsprobe: Mit einem sauberen Finger die Oberfläche der Gelcoat-Schicht berühren. Wenn sie leicht klebrig, aber nicht verschmierbar anfühlt, bedeutet dies, dass die Gelcoat-Schicht weitgehend ausgehärtet ist und die nächste Laminierungsarbeit durchgeführt werden kann, um die Integrität der Gelcoat-Schicht und der darunterliegenden Schicht zu gewährleisten.

II. Bestimmung der Fertigungsroute

Die Fertigungsroute hängt von der Produktqualität, den Produktkosten, dem Produktionszyklus (Produktionseffizienz) und anderen Faktoren ab. Vor der Produktionsorganisation ist daher ein umfassendes Verständnis der technischen Anforderungen während des Produktgebrauchs (Umwelt, Temperatur, Medium, Belastung usw.), der Produktstruktur, der Produktionsmenge und der Baubedingungen erforderlich. Erst nach Analyse und Forschung kann der Fertigungsprozessplan festgelegt werden. Im Allgemeinen sind dabei folgende Aspekte zu berücksichtigen:

(1) Gemäß den Anforderungen der Produktverwendung geeignete Roh- und Hilfsstoffe, Formulierungen und Laminierverfahren vernünftig auswählen.

(2) Die Moldstruktur und Moldmaterialien entsprechend der geometrischen Form und Produktionsmenge des Produkts festlegen.

(3) Die Aushärtungsmethode entsprechend den klimatischen Bedingungen und der Dringlichkeit der Aufgabe bestimmen.

III. Hauptinhalte des Verfahrensdesigns

(1) Entsprechend den technischen Anforderungen des Produkts geeignete Materialien (Verstärkungsmaterialien, Konstruktionsmaterialien und andere Hilfsstoffe) auswählen. Bei der Auswahl der Rohmaterialien sollten vor allem folgende Aspekte berücksichtigt werden:
① Ob das Produkt mit sauren oder alkalischen Medien in Kontakt kommt, einschließlich Art, Konzentration, Einsatztemperatur und Kontaktdauer des Mediums.
② Ob Leistungsanforderungen wie Lichtdurchlässigkeit und Flammschutz bestehen.
③ Ob hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften dynamische oder statische Belastungen vorliegen.
④ Ob es Anforderungen zum Schutz vor Leckagen oder andere besondere Anforderungen gibt.

(2) Die Moldstruktur und das Material festlegen.

(3) Auswahl des Trennmittels.

(4) Das Harzhärtungssystem und die Härtungsformel festlegen.

(5) In Abhängigkeit von der vorgegebenen Produktstärke und den Festigkeitsanforderungen die Art, Spezifikation, Anzahl der Lagen und die Laminationsmethode der Verstärkungsmaterialien bestimmen.

(6) Die Vorgaben für den Formungsprozess erstellen.

IV. Laminieren der GFK-Schichten

Das Laminieren ist ein wichtiger Arbeitsgang im manuellen Laminierprozess. Die Arbeit muss sorgfältig ausgeführt werden, um eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, Genauigkeit, eine gleichmäßige Harzverteilung, keine offensichtlichen Luftblasen, keine unvollständige Durchtränkung, keine Beschädigung der Fasern und eine ebene Produktoberfläche sicherzustellen, und somit die Produktqualität zu gewährleisten. Die Qualität hängt stark von der Erfahrung und der Arbeitsweise des Bedieners ab. Daher ist zwar der Laminierprozess an sich einfach, jedoch ist es nicht leicht, hochwertige Produkte herzustellen, weshalb dieser Arbeitsschritt ernst genommen werden sollte.

(Ⅰ) Dickenkontrolle

Die Dickenkontrolle von FRP-Produkten ist ein technisches Problem, das sowohl im Design- als auch im Produktionsprozess der Handauflege-Technologie auftritt. Wenn die erforderliche Dicke eines Produkts bekannt ist, müssen Berechnungen durchgeführt werden, um den Harz- und Füllstoffgehalt sowie die Spezifikation und Anzahl der Lagen des verwendeten Verstärkungsmaterials zu bestimmen. Danach kann die ungefähre Dicke anhand der folgenden Formel berechnet werden:

t＝(G1n1＋G2n2＋……)×(0,394＋0,909k1＋0,4×k1k2)

Wo:
t — berechnete Dicke von FRP (mm);
G1, G2 — Flächengewicht verschiedener Tuch- oder Mattenspezifikationen (kg/㎡);
n1, n2 — Anzahl der Lagen verschiedener Tuch- oder Mattenspezifikationen;
0,394 — Dickenkonstante des Faservliesmaterials;
0,909 — Dickenkonstante des Polyesterharzes;
0,400 — Dickenkonstante des Füllstoffs;
k1 — Verhältnis von Harzgehalt zu Glasfasergehalt;
k2 — Verhältnis von Füllstoffgehalt zu Harzgehalt.

(Ⅱ) Berechnung der Harzdosierung

Die Harzdosierung von GFK ist ein wichtiger Prozessparameter, der nach folgenden zwei Methoden berechnet werden kann:

(1) Berechnung nach dem Prinzip der Hohlräume füllen, Ableitung der Formel für Gelbeteil. Sobald die Flächenmasse und die äquivalente Dicke des Glasgewebes (die Dicke des Produkts, die einer Schicht Glasgewebe entspricht) bekannt sind, kann der Gelbeteil von GFK berechnet werden.

(2) Berechnung durch vorherige Bestimmung der Produktmasse und anschließender Berechnung des Masseanteils der Glasfaser:
① Produktfläche × Dicke × Dichte des faserverstärkten Kunststoffs = Produktmasse;
Produktmasse × Masseanteil der Glasfaser = Masse der Glasfaser;
Produktmasse － Masse der Glasfaser = Masse des Harzes.

② Produktfläche × Anzahl der Glasfaserschichten × Flächenmasse der Glasfaser = Masse der Glasfaser;
Masse der Glasfaser ÷ Masseanteil der Glasfaser = Produktmasse;
Produktmasse － Masse der Glasfaser = Masse des Harzes.

Die für die Laminierung erforderliche Harzdosierung kann anhand der Masse der Glasfaser geschätzt werden. Wenn Chopped-Strand-Mat verwendet wird, liegt der Gelbinderanteil in der Regel zwischen 65 und 75 %; wenn Glasgewebe als Verstärkungsmaterial verwendet wird, liegt der Gelbinderanteil in der Regel zwischen 45 und 55 %, um die Produktqualität sicherzustellen.

(Ⅲ) Laminieren von Glasgewebe

Bei Produkten mit einer Gelcoat-Schicht dürfen keine Fremdstoffe in das Gelcoat gelangen. Vor der Laminierung muss eine Kontamination zwischen der Gelcoat-Schicht und der darunterliegenden Schicht verhindert werden, um eine schlechte Schichtverbundhaftung zu vermeiden, die die Produktqualität beeinträchtigen würde. Die Gelcoat-Schicht kann mit einem Oberflächenvlies verstärkt werden.

Beim Laminieren ist darauf zu achten, dass die Glasfasern vollständig mit Harz imprägniert werden. Zunächst muss das Harz die gesamte Oberfläche der Faserbündel durchdringen und anschließend die Luft in den Faserbündeln vollständig durch Harz ersetzen. Es ist sehr wichtig sicherzustellen, dass die erste Schicht des Verstärkungsmaterials vollständig mit Harz durchtränkt ist und fest haftet, insbesondere bei Produkten, die unter höheren Temperaturbedingungen eingesetzt werden sollen. Eine unzureichende Imprägnierung und Verklebung führt dazu, dass sich Luft um die Gelcoatschicht ansammelt. Diese eingeschlossene Luft kann sich während der Aushärtung und Nutzung des Produkts durch Wärme ausdehnen und somit Blasen verursachen.

Beim Handauflegeverfahren wird zunächst mit Hilfe von manuellen Verarbeitungswerkzeugen wie z. B. Pinseln, Rakeln oder Imprägnierrollern eine gleichmäßige Schicht des vorbereiteten Harzes auf die Gelcoatschicht oder die formgebende Oberfläche des Werkzeuges aufgebracht. Danach wird eine Schicht des vorbereiteten Verstärkungsmaterials (z. B. Diagonallaminate, dünnes Gewebe oder Oberflächenvlies) aufgelegt. Anschließend wird das Material mit Formwerkzeugen glatt gebürstet und fest angedrückt, um einen engen Verbund herzustellen. Achten Sie darauf, die eingeschlossene Luft vollständig zu entfernen, um eine vollständige Durchtränkung des Glasgewebes sicherzustellen. Es dürfen nicht zwei oder mehrere Schichten Verstärkungsmaterial gleichzeitig aufgelegt werden. Wiederholen Sie den Vorgang, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist.

Falls die geometrischen Abmessungen des Produkts relativ komplex sind und das Verstärkungsmaterial an bestimmten Stellen nicht glatt aufgelegt werden kann, wodurch das Entfernen von Luftblasen erschwert wird, können Scheren verwendet werden, um diese Stellen einzuschneiden, damit das Material besser anliegt. Es ist darauf zu achten, dass die Einschnitte in den einzelnen Schichten versetzt angebracht werden, um eine Reduzierung der Festigkeit zu vermeiden.

Für Teile mit einem bestimmten Winkel können Glasfasern und Harz zum Auffüllen verwendet werden. Falls einige Bereiche des Produkts relativ groß sind, können diese entsprechend verdickt oder mit Rippen verstärkt werden, um den Anforderungen im Gebrauch gerecht zu werden.

Aufgrund der unterschiedlichen Faserorientierung des Gewebes sind auch deren Festigkeiten verschieden. Die Laminierungsrichtung und die Laminierungsart des verwendeten Glasfasergewebes sollten den Fertigungsvorgaben entsprechen.

(Ⅳ) Überlappungsbehandlung

Die Fasern in der gleichen Laminatschicht sollten möglichst durchgängig sein; willkürliches Schneiden oder Verbinden ist zu vermeiden. Aufgrund von Einschränkungen wie Produktgröße und Komplexität ist dies jedoch oft nicht umsetzbar. Während des Laminierens kann eine stoßweise Laminierung angewandt werden, wobei die Überlappungen jeder Schicht versetzt angeordnet werden müssen, bis die gewünschte Produktstärke erreicht ist. Beim Laminieren sollten Werkzeuge wie Pinsel, Wollroller und Entlüftungsroller verwendet werden, um das Harz einzubinden und Luftblasen zu entfernen.

Wenn die Festigkeitsanforderungen hoch sind, um die Festigkeit des Produkts sicherzustellen, sollten die beiden Stoffbahnen mit einer Überlappung von etwa 50 mm überlappt werden. Gleichzeitig sollten die Überlappstellen jeder Schicht so weit wie möglich versetzt angeordnet werden.

(Ⅴ) Aufbau von geschnittenen Strangmatten

Beim Einsatz von geschnittenen Strangmatten als Verstärkungsmaterial ist es ratsam, zur Verarbeitung Impregnierwalzen unterschiedlicher Spezifikationen zu verwenden, da diese besonders effektiv bei der Entfernung von Luftblasen aus dem Harz sind. Falls solche Werkzeuge nicht verfügbar sind und stattdessen Pinsel zum Harz-Auftragen verwendet werden müssen, sollte die Tupf-Methode angewandt werden, um das Harz aufzutragen. Andernfalls können die Fasern verfilzen und verrutschen, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung und Dicke führt. Bei Verstärkungsmaterialien, die in tiefe Innenecken eingelegt werden, kann manuell Glätten und Andrücken erfolgen, falls eine enge Anpassung mit Pinseln oder Impregnierwalzen nicht möglich ist.

Beim Auflegen wird der Kleber mit einem Kleberoller auf die Formfläche aufgetragen. Danach werden die ausgeschnittenen Mattenstücke manuell auf die Form gelegt und geglättet. Anschließend wird erneut Kleber mit dem Kleberoller aufgetragen und mehrfach vor- und zurückgerollt, um eine Durchtränkung der Matte mit Harzkleber zu gewährleisten. Danach wird mit einem Luftblasenroller der Kleber in der Matte nach oben gedrückt und die Luftblasen entlassen. Danach folgt die zweite Schicht. Bei Ecken kann die Matte per Hand zerrissen werden, um das Einformen zu erleichtern. Der Überlapp zwischen zwei Mattenstücken sollte etwa 50 mm betragen.

Viele Produkte können auch eine abwechselnde Schichtmethode aus geschnittenen Strangmatten und Glasgewebe anwenden. Zum Beispiel verwenden japanische Unternehmen beim Bau von Angelsegeln diese abwechselnde Methode, von der berichtet wird, dass sie Produkte mit guter Leistung erzeugt.

(Ⅵ) Auflegen von dickwandigen Produkten
Produkte mit einer Dicke von weniger als 8 mm können in einem Schritt geformt werden, während Produkte mit einer Dicke von mehr als 8 mm in mehreren Schritten geformt werden sollten. Andernfalls kann eine schlechte Wärmeableitung während der Aushärtung dazu führen, dass das Produkt anbrennt und verfärbt wird, wodurch die Leistung beeinträchtigt wird. Bei Produkten, die in mehreren Schritten geformt werden, sollten nach dem ersten Auflegen und Aushärten entstandene Grate und Blasen vor Fortsetzung der nächsten Schicht entfernt werden. Generell wird empfohlen, dass die Dicke einer einstufigen Formung 5 mm nicht überschreiten sollte. Es gibt jedoch auch Harze mit geringer Aushärtewärme und geringer Schrumpfung, die speziell für die Herstellung von dickwandigen Produkten entwickelt wurden und eine größere Dicke bei einstufiger Formung ermöglichen können.