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.

1. Kle­be­fähigkeit
2. Mech­a­nis­che Eigenschaften
3. Beständigkeit gegen Mikrobrüche
4. Ermüdungsverhalten
5. Zer­set­zung durch Feuchtigkeitseinwirkung