CFK und GFK wirksam schützen

Composite-Bauteile erhalten durch Beschichtungen eine höhere Widerstandskraft für den Einsatz

Windrad pixabay josealbafotos
Die Vorderkanten der Rotorblätter von Windkraftanlagen sind besonders stark der Erosion ausgesetzt und benötigen daher wirksame Beschichtungen (Bild: Pixabay josealbafotos)

Composite-Bauteile sind häufig rauen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Die passende Beschichtung schützt sie wirksam und verhilft ihnen zu einer längeren Lebensdauer. Ein führender Lackhersteller bietet mit seinem Portfolio umfassende Lösungen für die spezifischen Anforderungen der Beschichtung moderner Verbundwerkstoffe.

Ob Sitzschalen, Fahrzeuganbauteilen, Stromverteilerkästen oder Rotorblätter – die Einsatzmöglichkeiten von glasfaser- und carbonverstärkten Kunststoffen (GFK und CFK) sind äußerst vielfältig. Der Grund hierfür liegt in den zahlreichen Vorteilen, die diese Werkstoffe bieten. Sie sind in erster Linie leicht, aber auch extrem beständig sowie wasser-, kälte- und wärmefest und lassen sich zudem in fast jede Form pressen. Um eine lange Nutzungsdauer der Bauteile, die aus diesen Werkstoffen gefertigt sind, zu gewährleisten, sowie die Anforderungen an die jeweiligen Anwendungen sicherzustellen, ist auch hier eine abgestimmte Oberflächenbehandlung notwendig.
Der Schwarzwälder Lackhersteller FreiLacke ist eines der Unternehmen, die vielfältige Beschichtungsmaterialien für die Oberflächen von GFK- und CFK-Bauteilen anbieten. Das Familienunternehmen wird bereits in dritter Generation geführt und entwickelt mit 600 Mitarbeitern am Standort Döggingen/Schwarzwald maßgeschneiderte Beschichtungslösungen. So etwa für Windkraftanlagen, eine der Zielbranchen: Hier benötigen beispielsweise die Vorderkanten der Rotorblätter von Windkraftanlagen besonderen Schutz. Das aerodynamische Profil ihrer Vorderkanten spielt eine wichtige Rolle für den Wirkungsgrad der Windkraftanlage. Sie drehen sich mit Spitzengeschwindigkeiten von 300 Stundenkilometern oder mehr. Vor allem ihre Vorderkanten sind im Einsatz für die Energieerzeugung sehr stark Erosion ausgesetzt. Diese wird durch Umwelteinflüsse wie Regen, Schnee, Hagel, Sand, UV-Strahlung sowie starke Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen deutlich verstärkt und beschleunigt. Bei Offshore-Anlagen erhöhen zusätzlich die Luftfeuchtigkeit und der Salzgehalt der Seeluft die bereits sehr hohe Beanspruchung. Eine leistungsstarke Kantenschutzbeschichtung, auch Leading Edge Protection (LEP) genannt, ist daher für einen reibungslosen Betrieb unerlässlich.

 

Beschichtungslösungen für langlebige Windenergieanlagen

Das Portfolio von FreiLacke umfasst eine Vielzahl an Beschichtungslösungen für verschiedene Composite-Materialien. Diese reichen von Farbpasten, Spachteln und Füllern bis hin zu Gelcoats und TopCoats. Für Kunden aus der Windenergie-Branche hat der Lackpezialist bereits mehrere Systeme für die Schutzbeschichtung der Rotorblätter entwickelt. „Diese funktionieren nur dann gut, wenn sie speziell auf den Untergrund beziehungsweise auf die darunter befindlichen Beschichtungsmaterialien abgestimmt sind“, erläutert Heiko Blattert, Entwicklungsleiter PG Composites bei FreiLacke. Deshalb bietet sein Unternehmen ein vollständiges Produktsortiment zur Beschichtung von Rotorblättern komplett aus einer Hand an. Auch für die Betonturm-Fertigung von Windenergieanlagen hat der FreiLacke bewährte Systemaufbauten im Sortiment.Diese Systeme lassen sich auch auf weitere industrielle Beton-Beschichtungsanwendungen übertragen und werden dort auch bereits erfolgreich eingesetzt.

 

Inmould-Coating mit Gelcoats

Gelcoats und TopCoats sind sowohl in Streich- als auch in Spritzqualität auf Basis von PU/PUR oder ungesättigten Polyesterharzen (UP) erhältlich. Bei beiden handelt es sich um farbgebende Beschichtungen, die direkt in die Werkzeuge oder Formen aufgetragen werden und die Formteile dauerhaft gegen Feuchtigkeit, UV-Strahlung oder Druckschäden versiegeln. Nach der Herstellung und Entformung eines Bauteils ist dieses bereits fertig lackiert. Vergleicht man die PU/ PUR-Beschichtungen mit den UP-Materialien, so liegt die Licht- und Wetterechtheit bei ersteren deutlich höher. FreiLacke konnte den Styrol-Anteil in UP-Gelcoats maßgeblich reduzieren. Dieser Stoff gilt als gesundheitsgefährdend und umweltschädlich. „Mit einem Alternativ-Monomer haben wir einen styrolreduzierten Gelcoat hergestellt, der sogar bessere Ergebnisse bezüglich der Wetterbeständigkeit und der Lagerfähigkeit erzielt als herkömmliche Systeme“, berichtet Entwicklungsleiter Blattert. Umweltschutz ist für FreiLacke seit jeher ein zentrales Anliegen. Das Unternehmen setzt darauf, umweltfreundliche Produkte zu entwickeln, Emissionen, Verpackungsmaterial und Abfälle zu reduzieren sowie schonend mit den Ressourcen umzugehen

Beschichtung von Rotorblättern FreiLacke
Die Rotorblätter von Windkraftanlagen sind hohen Belastungen ausgesetzt. FreiLacke bietet ein umfassendes Produktsortiment zur Beschichtung von Rotorblättern an – alles aus einer Hand (Bild: FreiLacke)

Nach dem Pressen fertig beschichtet

Nicht nur für herkömmliche Verbundwerkstoffe kann der Hersteller eine tiefgreifende Beschichtungsexpertise vorweisen. Auch für das Sheet Molding Compound (SMC), also plattenförmige, teigartige Pressmassen aus duroplastischen Reaktionsharzen und Glasfasern, hält er Lösungen bereit. Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen einstufigen Fertigungsprozess, während der elektrostatisch aufgeladener Pulverlack auf Basis von UP-Harzen auf das heiße Werkzeug aufgetragen wird.
Beim Heißpressen geht der Pulverlack eine chemische Verbindung mit dem Werkstoff ein, die kratzfest und äußerst resistent ist gegen Chemikalien, Graffiti und UV-Strahlung. Dies ist vor allem für Teile vorteilhaft, die im Freien im Einsatz sind. Die Zykluszeit verlängert sich nur um die Dauer der Pulverlack-Applikation und liegt bauteilabhängig bei rund einer Minute. Nach dem Pressen ist das Bauteil fertig beschichtet und wird entformt. Die typische Faserabzeichnung wird durch das beschriebene Powder in Mould Coating (PIMC-) Verfahren vollständig egalisiert, wodurch die Teile eine hochbeständige und sehr homogene Oberfläche erhalten.
Farblich bietet PIMC ein breites Spektrum, da beinahe alle RAL-Farben verwendet werden können. Das Material ist frei von Lösemitteln, Gefahrenstoffen oder krebserregenden Rohstoffen. „Als Alternative hierzu haben wir ein flüssiges Beschichtungssystem entwickelt, das während der Bauteilherstellung in die geschlossene Pressform injiziert werden kann“, erläutert Blattert. Dieses Beschichtungssystem weist sehr kurze Presszeiten sowie sehr hohe Beständigkeiten in Bezug auf Licht- und Wetterechtheit auf. Das Bauteil kann entweder „formfallend“ gefertigt oder einfach nachträglich lackiert werden. Dies ermöglicht beispielsweise Anwendungen an der Automobil-Außenhaut.

Powder in Mould Coating FreiLacke
Das Powder in Mould Coating Verfahren bringt viele Vorteile. Es ist nachhaltig, wirtschaftlich und bewirkt kürzere Taktzeiten. Beinahe alle RAL-Farben können verwendet werden (Bild: FreiLacke)

Neuartiges CM-Pulver für die Bauteilfertigung

Neben seinen vielfältigen Beschichtungsmaterialien für CFK- und GFK-Oberflächen bietet FreiLacke seit Kurzem auch Komponenten für die Herstellung dieser Bauteile an. Die Entwicklung neuer Lösungen fällt dem Unternehmen aufgrund seiner Kompetenzen leicht, so Heiko Blattert: „Als Lackhersteller haben wir sämtliche Rohmaterialien vor Ort, aus denen wir neue Lösungen entwickeln können.“ Zu diesen neuen Komponenten gehört beispielsweise die neuartige CM-Powder-Technologie. Bei dieser handelt es sich um ein Composite-Pulver-Harzsystem, das sich von herkömmlichen Harzsystemen für Verbundkunststoffe durch ein spezielles Zweistufenprinzip abhebt. Es lässt sich gänzlich aufschmelzen, ohne dass der Aushärtungsprozess startet. Dies ermöglicht eine Verarbeitung zu sogenannten PrePregs mit vollständiger Imprägnation. Das Pulver-Harzsystem enthält keine deklarierungspflichtigen Inhaltsstoffe und ist gänzlich frei von Lösemitteln sowie schädlichen, kanzerogenen Stoffen, was seine Lagerung und seinen Transport erheblich vereinfacht. Es ist in unterschiedlichen Farben und Reaktionsgeschwindigkeiten erhältlich und bietet eine hohe Kompatibilität in der Anbindung von Fasern, Füllkörpern, Inserts und Kernwerkstoffen. Zum Einsatz kommen die neuen CM-Powderharze beispielsweise auf den Rotorblättern von Windenergieanlagen. Hier bieten sie einen besonderen Vorteil, denn mit ihnen lassen sich die Blätter in einem einzigen Stück fertigen. Die bisherige Verklebung aus zwei Einzelteilen entfällt – und damit auch eine kritische mögliche Bruchstelle.

 

Lösungen gemeinsam mit den Kunden erarbeiten

Mit der Entwicklung der CM-Powderharze geht FreiLacke noch einen Schritt weiter, was die Beratung und den Service für die Kunden angeht. Denn mit den CM-Powderharzen erhalten Kunden auf Wunsch nicht nur direkt die Werkstoffe, sondern auch eine umfassende Beratung während der Projektierung und Fertigung der Komponenten. Zahlreiche Unternehmen, vor allem aus der Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie, dem Maschinenbau, der allgemeinen Industrie und dem Baubereich, nutzen bereits FreiLacke-Produkte im Composite-Bereich, meldet das Unternehmen. Der Grundstein für diesen Erfolg ist die intensive Zusammenarbeit mit den Kunden, sagt Heiko Blattert. „Seit Gründertagen sind wir davon überzeugt, dass echte Servicequalität nur dann möglich wird, wenn man die Probleme und Aufgabenstellungen mit den Augen des Kunden betrachtet und somit wirklich versteht. Wir begleiten unsere Kunden nicht nur bis zur Serie, sondern über den kompletten Zyklus hinaus.“

Emil Frei GmbH & Co. KG
www.freilacke.de