Gelierphase, Aushärtung und Tempern


Unmittelbar nach der Zugabe des jeweiligen Härters bzw. Katalysators und dessen sorgfältigem Verrühren mit dem Harz beginnt die Reaktion des Harzsystems, in deren Verlauf das Material zunächst dickflüssiger wird, bis es seine Fließeigenschaften vollständig verliert. Diesen ersten Teil des Prozesses bezeichnet man als „Gelierphase“, an dessen Ende der „Gelierpunkt“ steht; spätestens jetzt läßt sich das Material nicht mehr verarbeiten. Im weiteren Verlauf wird das Harzsystem hart und erreicht schließlich nach einem ganz bestimmten Zeitraum und bei einer bestimmten Temperatur seine Endfestigkeit. Während dieses gesamten Ablaufes gibt das reagierende Harz fortwährend Wärme ab (exotherme Reaktion) und erwärmt sich dadurch selbst, was wiederum den Reaktionsverlauf beschleunigt. Der gesamte Prozessablauf wird allgemein als „Aushärtung“ des Harzsystems bezeichnet. Die Geschwindigkeit dieser Aushärtung wird bei Polyester- und Vinylestersystemen durch die Menge von Katalysator und Beschleuniger gesteuert, bei Epoxidsystemen dagegen durch die Wahl (nicht die Menge!) des Härters. Bei etwa gleicher Verarbeitungszeit produzieren Polyester- und Vinylesterharze deutlich mehr exotherme Wärme und erreichen ihre Endfestigkeit schneller als Epoxidharz.

Der Ablauf der Aushärtung läßt sich bei allen Harzsystemen durch die Hinzuführung von Wärme beschleunigen; je höher die Temperatur, desto schneller die Aushärtung. Dadurch lassen sich Aushärtungsvorgänge insbesondere bei großen Bauteilen, die bei Raumtemperatur u.U. Tage dauern würden, auf wenige Stunden reduzieren. Eine einfache „Daumenregel“ für den beschleunigenden Effekt der Temperaturerhöhung lautet: Eine Anhebung der Temperatur um 10°C halbiert die Reaktionszeit. So ist z.B. ein Harz mit einer Aushärtungszeit von 8 Stunden bei Raumtemperatur (20°C) bereits nach vier Stunden ausgehärtet, wenn man die Temperatur um 10°C anhebt. Dabei ist allerdings darauf zu achten, dass keine exzessive Entwicklung von exothermer Wärme auftritt, denn diese beschleunigtdie Aushärtung unkontrolliert und die „Daumenregel“ gilt dann nicht mehr. Die Aushärtung des Harzes unter erhöhter Temperatur hat einen weiteren Vorteil; das System wird nicht nur schneller hart, es erreicht auch deutlich bessere Endfestigkeitswerte, als bei einer einfachen Raumtemperatur-Härtung. Viele Epoxidharze erreichen ihre maximale Endfestigkeit sogar nur, wenn sie unter erhöhter Temperatur ausgehärtet („getempert“) werden. Der Begriff „Tempern“ steht für eine schrittweise Erhöhung der Temperatur nach dem das Harz zunächst bei Raumtemperatur angehärtet ist. Durch diese Maßnahme erhöht sich die Zahl der intermolekularen Bindungen im Materialgefüge – ein Effekt, der schon bei einer leichten Erhöhung der Raumtemperatur eintritt und anhand der Materialdaten deutlich nachweisbar ist. Je höher die Temperatur des Tempervorganges angesetzt wird, desto besser werden die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Systems; ein guter Indikator für diesen Effekt ist die Glasübergangstemperatur (Tg), die – bis zu einer systembedingten Obergrenze – mit steigender Temperatur des Tempervorganges immer weiter zunimmt.

Die Eigenschaften der Harze als Auswahlkriterien Die Auswahl eines bestimmten Harzsystems für die Herstellung eines Bauteiles hängt von einer Reihe von Entscheidungskriterien ab:
1. Klebefähigkeit
2. Mechanische Eigenschaften
3. Beständigkeit gegen Mikrobrüche
4. Ermüdungsverhalten
5. Zersetzung durch Feuchtigkeitseinwirkung

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