Cooler Leichtbau-Hit Glasfaser-Composites mit UV-Licht härten und trocknen

Die Leichtbau BW ehrt im Rahmen des monatlichen Thinking im März 2022 die IST Metz GmbH & Co. KG. Sie hat ein CO₂-neutrales Mittel zur Konsolidierung von GFK-Komponenten in petto.

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Leichtbau BW GmbH Landesagentur für Leichtbau

Bauteile aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gehören zu den Faserverbundwerkstoffen (FVK) respektive Composites. Sie werden im industriellem Maßstab zunächst mit Matrixharz getränkt und feucht in Form gebracht. Danach in der Regel thermisch gehärtet – konsolidiert, wie man auch sagt – wobei das Bauteil auch trocknet. Schneller, energiesparender und eleganter als mit Wärme geht das aber inline, mithilfe von UV-Licht. Dazu braucht es eine Matrixharzformulierung, die die chemische Aushärtungsreaktion durch UV-Lichtbestrahlung zulässt und die passende Strahlungstechnik.

Dann, heißt es weiter, können GFK-Halbzeuge wie Platten, Hülsen oder Profile in wenigen Minuten direkt im Prozess gehärtet und getrocknet werden. Das kann die IST Metz GmbH & Co. KG aus Nürtingen, die von der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg (Leichtbau BW) nun im März mit dem Thinking ausgezeichnet wurde. Denn die UV-Härtung von glasfaserverstärkten Kunststoffteilen ist nicht nur schnell und für die Serie geeignet, sondern läuft auch noch lösemittel-, styrol- und CO₂-frei ab.

GFK-Aushärtung mit UV-Licht verschlankt die Produktion

Die Härtung und Trocknung per UV-Licht klappt gut, denn Glasfasern sind aufgrund ihrer Strahlendurchlässigkeit für die UV-Härtung ideal. Um das Faser-Matrix-System also mit UV- oder UV/Vis-Strahlung (Mix aus unsichtbarer UV-Strahlung und sichtbarem – visible – Licht) zu konsolidieren, genügen Sekunden bis wenige Minuten. Das Bauteil sei nach Vernetzen und Abkühlen (die Härtungsreaktion an sich entwickelt Wärme) sofort belastbar. Es können sofort weiterverarbeitet werden. Der Zeitgewinn ist so groß, dass IST Metz in einem Fall eine Produktionslinie um über 80 Prozent schneller machen konnte. In einem anderen Fall genügten für das Konsolidieren einer 50 Zentimeter langen GFK-Hülse, die im Filament-Winding-Verfahren hergestellt wurde, 60 Sekunden an UV-Bestrahlung. Auch für besonders große Bauteile können so bearbeitet werden, was natürlich die Investition in große Öfen und Trockner obsolet macht. Auch spart man sich so das aufwendige Handling und es wird nur Energie benötigt, wenn wirklich gehärtet wird, sagen die mit dem März-Thinking geehrten Composite-Spezialisten. Die Energiekosten könnten deshalb direkt auf die Stückkosten umgerechnet werden.

Über alle Anwendungen hinweg bedürfe die UV-basierte Alternative für die Glasfaser-Composite-Härtung im Mittel nur etwa 30 Prozent der Energie, die von klassischen thermischen Verfahren verlangt würden. Im Beispiel der oben genannten gewickelten Hülse betrug der Energiebedarf demnach etwa 0,25 Kilowatt pro Werkstück, hat IST Metz ausgerechnet.

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