Gelcoat-Schleier verbessern FRP-Verbundwerkstoffe

Gelcoats und Schleier sorgen für den letzten Schliff.

Hersteller von Verbundwerkstoffen verwenden heute Oberflächenveredelungen wie Gelcoats und Schleier, um das Aussehen und die Haltbarkeit ihrer Teile zu verbessern. Doch als ihre Vorgänger in den 1950er Jahren Gelcoats entwickelten, achteten sie nicht auf das Aussehen. Sie suchten nach einer Möglichkeit, den Schaden zu minimieren, den Glasfaserprodukte an ihren Werkzeugen verursachten.

„Die Unternehmen nahmen die gleiche Art von Harzen, die sie zur Herstellung von Glasfaserlaminaten verwendeten, verdickten sie, fügten Füllstoff hinzu, strichen sie auf die Form und stellten dann die Teile her“, sagt Rick Pauer, Marktmanager bei Polynt. „Den Leuten gefiel das Aussehen des Gelcoats, also bestand die nächste Stufe darin, den FRP-Teilen Farb- oder Oberflächenverbesserungen zu verleihen.“

Bootsbauer erkannten das Potenzial von Gelcoat und forderten die Hersteller auf, weitere Eigenschaften wie UV-Schutz, Blasenschutz und Wasserbeständigkeit zu integrieren. Die Schifffahrtsindustrie ist immer noch der größte Abnehmer von Gelcoats, aber auch Hersteller von Transportprodukten (Wohnmobile, Lastkraftwagen und Busse) und Sanitärprodukten (Badewannen- und Duschumrandungen) sind große Abnehmer.

Für alle diese Märkte „hängt die Leistung eines Gelcoats sehr stark von der Ästhetik ab; Es gibt das Element des Oberflächenschutzes, aber ein erheblicher Teil davon ist das Aussehen“, sagt Harry Surge, Geschäftsführer von Interplastic Corp. „Die Leute sagen: ‚Ich möchte, dass mein Wohnmobil auch in 15 Jahren großartig aussieht; Ich möchte, dass mein Boot nach einigen Jahren wie neu aussieht.‘“

Gelcoats bieten einen großen Vorteil gegenüber dünneren Beschichtungen wie Farbe. „Eine einheitliche Farbe für 20 mil ermöglicht einfache Reparaturen auf einer gelbeschichteten Oberfläche“, sagt Pauer. „Die Landwirtschafts-, Transport- und Schifffahrtsmärkte schätzen die Reparierbarkeit gelbeschichteter Verbundwerkstoffe sehr, da Kratzer und Graffiti leicht auf die ursprüngliche Oberfläche zurückpoliert werden können. Auf dem Architekturmarkt wird der dickere Gelcoat häufig sandgestrahlt, um eine strukturierte Oberfläche zu erhalten, die Beton oder Terrakotta-Stein ähnelt.“

Ein Balanceakt

Die Entwicklung kostengünstiger, hochwertiger Gelcoats ist keine leichte Aufgabe. Scott Crump, Direktor für Forschung und Entwicklung – Gelcoats/Farbstoffe bei Interplastic, sagt, dass eine typische Gelcoat-Formel zwischen 15 und 25 verschiedene Komponenten enthält. Eine Änderung eines Inhaltsstoffs zur Verbesserung einer bestimmten Eigenschaft kann sich negativ auf andere Eigenschaften auswirken. „Die Herausforderung besteht darin, diese Zutaten auszubalancieren und alle Erwartungen des Herstellers und des Endverbrauchers zu erfüllen, denn es gibt immer Kompromisse“, sagt Crump. „Die Formulierungskonzepte, die zu einer Beschichtung mit wirklich guten Sprüheigenschaften führen, sind im Hinblick auf die Einhaltung der VOC/HAP-Anforderungen nicht unbedingt die besten. Tatsächlich gehen sie in entgegengesetzte Richtungen.“

Die Komplexität der Aufgabe mag ein Grund dafür sein, dass die Zahl der Gelcoat-Hersteller von einst 20 auf heute vier oder fünf geschrumpft ist.

„Wenn man sich die Technologie anschaut, die Skaleneffekte, sieht man, was es braucht, um konsistent zu sein, und dann erkennt man, dass es sich von einem kleinen Betrieb zu einem eher industriell gestalteten Produkt in einer Fabrik entwickelt hat“, sagt Crump. „Als ich anfing, hatte das Unternehmen, für das ich arbeitete, buchstäblich in einer Garage begonnen. Das wäre ihnen heute aus verschiedenen Gründen nicht möglich.“

Gelcoat-Hersteller müssen ihre Produkte sowohl für den unmittelbaren Kunden – den Hersteller – als auch für den Endverbraucher entwerfen. Für Hersteller muss ein Gelcoat konsistente Ergebnisse liefern. „Es ist wie Farbe, aber sie muss sprühbar sein und darf weder verlaufen noch tropfen“, sagt Pauer. Bei einem Material, das normalerweise mit einer Dicke von 15 bis 35 Mil aufgetragen wird, ist das eine Herausforderung. Darüber hinaus müssen Gelcoats in einem bestimmten Temperaturbereich eine gute Leistung erbringen, da einige Hersteller möglicherweise nicht über gute Umgebungskontrollen in ihrer Werkstatt verfügen.“

Auch Porosität sei ein Thema, fügt Pauer hinzu. „Im Allgemeinen sprühen oder streichen wir dieses Material auf, aber es dürfen keine Luftporen entstehen, da dies die kontinuierlichen Filmeigenschaften beeinträchtigen könnte. Wenn dieser Film ein Loch, Porosität oder ein Fischauge aufweist, kann Wasser eindringen und es sieht aus wie ein Defekt auf der Oberfläche. Es beeinflusst auch die Korrosionsbeständigkeit, die Wasserbeständigkeit, die UV-Beständigkeit – all die Dinge, für die Sie den Gelcoat verwenden, spielen eine Rolle.“

Gelcoat-Formulierungen variieren auch je nach Auftragungsmethode. Laut Crump sprüht die überwiegende Mehrheit der Verbundwerkstoffhersteller in den USA heute Gelcoats als erste Schicht eines Verbundwerkstoffteils in eine offene Form. „Der Gelcoat geht eine starke chemische Bindung mit dem Harz ein“, sagt er. „Die einzelnen Schichten werden monolithisch, weil sie im Wesentlichen miteinander verbunden sind. Dies ist einer der Gründe, warum wir Gelcoats verwenden, anstatt nur die Außenseite der Oberfläche mit einer anderen Art von Beschichtung zu beschichten. Es ist wirklich langlebig, weil es keine physikalische, sondern eine chemische Bindung mit der Oberfläche eingeht.“

Hersteller von Verbundwerkstoffprodukten tragen den Rest des Gelcoats als Nachbearbeitungsschicht auf bestehende Strukturen auf. Diese Oberflächenbeschichtungen verleihen der Oberfläche eines Produkts eine dicke, haltbare Schicht.

Die erforderliche Trocknungszeit ist ein weiterer Faktor bei der Gelcoat-Formulierung. Mehrere Kunden von Interplastic produzieren Verbundteile (Badewannen-/Duscheinheiten, Transportpaneele usw.) mithilfe kontinuierlicher Hochdurchsatzverfahren wie Förderbändern. „Der Gelcoat muss in weniger als 15 Minuten laminierbar sein. Ist dies nicht der Fall, verringert sich die Produktionsrate des gesamten Prozesses“, sagt Crump. Bootsbauer hingegen können Gelcoats viel längere Zeiträume zum Aushärten gestatten.

Designs für Endkunden

Für Besitzer von Booten, Wohnmobilen, Wannenverkleidungen und anderen Endverbrauchern stehen langlebige Gelcoats im Vordergrund, die möglichst lange die gewünschte Hochglanzoptik behalten. Sie möchten keine fleckigen Farben oder ein kreidiges Finish sehen.

„Die Erwartungen sind gestiegen; Wir stellen größere, teurere und hochwertigere Boote her, und der Kunde möchte, dass sie diese Ästhetik so lange wie möglich beibehalten“, sagt Ryan Wilkins, nordamerikanischer Produktmanager für Marine-Gelcoat bei Ashland.

Langlebigkeit ist jedoch nicht die einzige Anforderung des Endbenutzers.

„Abhängig davon, wo das Produkt verwendet werden soll, gibt es Anpassungen und Anpassungen“, sagt Indeed. „Zum Beispiel ist ein Transportprodukt nicht so stark dem Wasser ausgesetzt wie ein Schiffsprodukt, daher können wir bei der Wasserbeständigkeit ein wenig Kompromisse eingehen, arbeiten aber sehr hart an der UV-Beständigkeit für diesen Markt.“

Eine Spültischplatte aus Kulturmarmor mit Gelcoat-Oberfläche wird keine Probleme mit der UV-Einstrahlung haben, muss jedoch der thermischen Ausdehnung und Kontraktion standhalten, die durch darüber fließendes heißes und kaltes Wasser verursacht wird. Ein Windflügel einer Energieerzeugungsturbine kann sich mit 300 Meilen pro Stunde bewegen, daher muss sein Gelcoat eine ausgezeichnete Abrieb- und Ermüdungsbeständigkeit sowie Haltbarkeit im Freien aufweisen, einschließlich Beständigkeit gegen Hitze, Licht und Feuchtigkeit.

Endkunden haben die Gelcoat-Hersteller mit ihren Forderungen nach einer größeren Farbvielfalt mit mehr Tiefe und Intensität herausgefordert. Schwarz und andere dunkle Farben sind beispielsweise bei Herstellern von Wassermotorrädern beliebt, aber die Entwicklung von Gelcoats, die diese Farben über mehrere Jahre hinweg beibehalten, ist schwierig.

Stiltrends wirken sich auch auf Gelcoatformulierungen aus. Vor Jahren waren Metallflockenlackierungen auf dem Bassbootmarkt beliebt. Heutzutage wünschen sich Verbraucher Boote mit einem Aussehen, das den heutigen Automobillacken nachempfunden ist, die sehr kleine Flecken aufweisen, die das Licht reflektieren.

Bei der Konstruktion für die Transportbranche stehen Gelcoat-Hersteller vor einer anderen Herausforderung. LKW-Vermieter und Wohnmobilfirmen, die FRP-Holzplatten für die Seitenwände ihrer Fahrzeuge verwenden, möchten für die Verbundteile ihrer LKWs die gleiche Farbe und das gleiche Finish wie für die Metallteile.

Einige Hersteller entwickeln Gelcoats für kleinere Produkte. Diversified Structural Composites produziert beispielsweise die Wellen für elektrische Trolling-Motoren für Fischerboote.

3D-DruckKohlenstofffaserFiberglasAusgabe November – Dezember 2016PultrusionHarz