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Heimwerker haben GFK-Profile und Platten und CFK-Halbzeuge schon lange für sich entdeckt. Durch Faserverbundwerkstoffe lassen sich sehr leichte und individuell geformte Konstruktionen herstellen. Um das Material anzufertigen, werden Kohlenstofffasern bzw. Glasfasern in eine Kunststoffmatrix eingearbeitet. Diese Matrix besteht meist aus Polyesterharz oder Epoxidharz. Doch wo liegt der Unterschied? Und sind beide Varianten gleichermaßen geeignet?
Kunstharz als essentieller Bestandteil für die Herstellung von CFK und GFK
Um die Matrix zu erstellen, aus der kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder glasfaserverstärkter Kunststoff gemacht wird, wird immer Kunstharz benötigt – genauer gesagt 2-Komponenten-Harz. Dies besteht aus dem eigentlichen Harzbinder und einem Härtemittel, das in einer exakten Dosierung hinzugegeben wird. Je mehr Härter in der Kunststoffmatrix vorhanden ist, desto robuster wird das Endergebnis. Doch Vorsicht, dass der mühselig ausgeformte Körper nicht spröde wird und Risse bekommt. Das Wichtigste beim Verarbeiten von Polyesterharz oder Epoxidharz ist deshalb, stets genau die Vorschriften zur Verarbeitung einzuhalten.
Polyesterharz im Blickpunkt
Der größte Vorteil: das Verbindungsverhalten
Der monetäre Unterschied ist schnell zu erkennen: Polyesterharz ist im Vergleich zum Epoxidharz um volle 50% preiswerter. Die Leistung ist scheinbar ähnlich. Die Unterschiede, welche sich beim genauen Hinsehen offenbaren, sind jedoch erheblich. Diese sind zudem keineswegs immer nachteilig. Der größte Vorteil von Polyester ist das bessere Eindring- und Verbindungsverhalten bei Glasfasermatten. Hier muss jedoch zwischen „Glasfasermatten“ und „Glasfasergeweben“ unterschieden werden.
Glasfasermatten sind chaotisch angeordnete Einzelfäden, die mit einem Trägermittel miteinander zu einer Matte verbunden werden. Dieses Trägermittel ist das in den Glasfasermatten eingearbeitete Styrol, welches durch Polyester aufgelöst wird. Da das Kunstharz jetzt aber an die Stelle vom Styrol getreten ist, bleibt sein Verlust unerheblich. Der Verbund ist nach wie vor gewährleistet.
Die Nachteile von Polyesterharz
Komplikationen beim korrekten Mischverhältnis
Eine Polyester-Kunststoffmatrix härtet grundsätzlich nicht so stark aus wie eine Matrix mit Epoxidharz. Wenn versucht wird, durch Zugabe von Härter das Ergebnis zu verbessern, provoziert man nur eine unangenehme Spröde des Endprodukts. Polyesterharz emittiert giftige Substanzen, vor allem wenn seine vollständige Festigkeit nicht erreicht wird. Polyester-Kunstharz sollte auch nicht in geschlossenen Räumen verarbeitet werden. Der Geruch, der bei der Trocknung entsteht, ist nicht nur unangenehm, er kann auch die Wahrnehmung eintrüben und für Schwindel und sogar für Bewusstlosigkeit sorgen. Ideal für die Verarbeitung von diesem Bindemittel ist eine gut belüftete Räumlichkeit. Alternativ sind Sicherheitsvorkehrungen wie Atemmasken zu empfehlen.
Trotz korrekt angemischtem Verhältnis aus Harz und Härter ist die vollständige Aushärtung nicht immer gewährleistet. Das gilt vor allem für dicke Bauteile, bei denen die inneren Schichten keinen Kontakt mehr zur Außenluft haben. Faserverbundwerkstoffe auf der Basis von Polyester sollten deshalb eine möglichst große Oberfläche und geringe Dichte besitzen.
Für den Einsatz im Wasser nicht optimal
Die Festigkeit in und unter Wasser lässt bei Polyester im Gegensatz um Epoxidharz ebenfalls zu wünschen übrig. Für den Bootsbau war es früher zwar sehr beliebt, heute ist es aufgrund seiner Brüchigkeit eher weniger im Einsatz. Außerdem ist die Schadstoffbelastung, die von ihm ausgeht, auch im durchgehärtetem Zustand noch vorhanden. Es kommt daher zunehmend unter Verruf, vor allem wo es in Kontakt mit Wasser gerät.
Gegenwärtig ist Polyesterharz wegen seiner Preisvorteile aber noch im Bau von Booten und Surfbrettern weit verbreitet. Für Bastler ist es zudem ob seiner geringen Aushärtezeit sehr beliebt. Allerdings schwindet es leicht beim Abbinden, sodass zu eng gefasste Toleranzen mit Polyester nicht umgesetzt werden können.
Wo ist Polyesterharz für den Einsatz geeignet?
Aufgrund seiner geringen Festigkeit ist Polyesterharz grundsätzlich auf ein stabilisierendes Gewebe angewiesen. Die Glasfasermatten sind dazu optimal. Glasfilamentgewebe sind weniger empfehlenswert, da Polyester nicht sehr gut in die Zwischenräume eindringen kann. Für alle anderen Materialien wie CFK oder Aramid ist es wegen seiner geringen Klebekraft ebenso nicht passend. Da es auf Einlagen aus Glasfasermatten angewiesen ist, bleibt dieses Kunstharz nach wie vor der Werkstoff der Wahl für individuell ausgeformte Bauteile mit geringer Wandstärke.
Es ist ideal für Verschalungen und Einhausungen, die keine mechanischen Kräfte aufnehmen sollen.
Hier sind die schnelle Bearbeitungszeit und der niedrige Preis besonders für Hobbybastler die ausschlaggebenden Vorteile.
Hochpreisiger Allrounder – Epoxidharz
Einsatzbereiche von Epoxidharz
Ausgezeichnet für die Bodenbeschichtung
Epoxidharz ist ein Bindemittel mit einem wesentlich größeren Einsatzspektrum. Das Kunstharz bildet sprödfeste, wasserdichte Oberflächen und ist nicht zwingend auf eingelegte Gewebe angewiesen.
Das Harz wird sehr gerne zum Versiegeln von Baukörpern aus Holz oder Beton eingesetzt.
Bei Schnellsanierungen für Boden- und Balkonbeschichtungen hat sich eine ganze Industrie gebildet, die mit Epoxidharz, Flocken, Färbemitteln und Steinteppichen sehr interessante Alternativen zu den üblichen Fliesenbelägen anbietet.
Verwendung im Formen- und Modellbau
Im Modell- und Formenbau ist Epoxid ebenfalls wegen seinen wasserdichten und hochfesten Eigenschaften sehr beliebt. Es verbindet sich nicht ideal mit Glasfasermatten, dafür aber mit Filamentgeweben. Sein Eindringverhalten in gewebte Matten ist hervorragend.
Dabei ist es nicht wählerisch: Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Aramidfasern lassen sich problemlos mit Epoxidharz verarbeiten. Das macht es zum bevorzugten Kunstharz für technisch hochbelastete Bauteile: Segelflugzeuge und Rotorblätter von Windkraftanlagen werden bevorzugt aus Epoxid-Kunstharz hergestellt. Zu seinen Vorteilen gehört auch seine Maßhaltigkeit beim Aushärten. Ein Schwund findet beim Abbinden kaum statt, sodass die ausgeformten Teile auch tatsächlich die Maße behalten, die ursprünglich geplant waren.
Reparieren und Verbinden – mit Epoxid kein Problem
Die hohe Klebekraft von Epoxid prädestiniert es für Reparaturen und Verbindungsaufgaben, weshalb der Werkstoff in 2-Komponenten-Klebern zum Einsatz kommt.
Metalle, Glas und Kunststoff lassen sich hervorragend mit Epoxid verarbeiten und zu größeren Baukörpern zusammen fügen. Nach dem Aushärten ist es immer noch gut bearbeitbar. Die Kunststoffmatrix lässt sich problemlos bohren, schleifen und polieren. Eine Verarbeitung im Innenraum gestaltet sich ebenfalls unproblematisch. Epoxidharz bindet zudem fast geruchsneutral ab.
Gibt es Nachteile?
Die Nachteile gegenüber den Alternativen aus Polyester sind gering, jedoch vorhanden. Neben einem etwa doppelt so hohen Preis ist das Epoxid auch anspruchsvoller in der Verarbeitung. Zwar gast es beim Aushärten nicht so geruchsstark aus wie Polyester, dafür braucht es eine erheblich längere Abbindezeit.
Polyesterharz oder Epoxidharz für Faserverbundwerkstoffe? Eine Frage der technischen Belastbarkeit
Für den Einsatz von Polyesterharz oder Epoxidharz gibt es jeweilige Einsatzgebiete, für welche die Bindemittel optimal sind. Soll es schnell gehen und kommt es nicht auf Maßhaltigkeit und Tragfähigkeit an, dann kann Polyesterharz vollkommen ausreichen.
Müssen hohe technische Belastbarkeiten erreicht und enge Toleranzen eingehalten werden, sollte Epoxid-Kunstharz bevorzugt werden.
Letztere hat sich wegen seinen technischen Fähigkeiten bei vielen Halbzeugen aus CFK und GFK als bevorzugte Komponente für die Kunststoffmatrix etabliert.