Epoxidharz

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Epoxidharz (Kurzzeichen EP) ist ein duroplastischer Kunststoff und im ausgehärteten Zustand von hoher Festigkeit und chemischer Beständigkeit. Zur Herstellung werden Epoxidharz und Härter sorgfältig vermischt. Je nach Zusammensetzung und Temperatur erfolgt üblicherweise innerhalb von wenigen Minuten bis einigen Stunden die Aushärtung des ursprünglich flüssigen Gemischs aus Epoxid und Härter. In Extremfällen können bis zur vollständigen Aushärtung jedoch auch mehrere Monate vergehen. Die Polymerisationsreaktionen bestehen aus der Polykondensation und der Polyaddition.

[Bearbeiten] Verwendung

vielseitiger Konstruktions-Klebstoff
speziell eingestellte Epoxidharze finden als Metallkleber Anwendung
Industriefußboden; Betonbeschichtung; Betonreparatur
Anstrich; schwerer Korrosionschutz (Schiffbau, Stahlkonstruktionen)
Herstellung von Bauteilen im Gussverfahren
Vergießen von elektrischen Bauteilen oder anderen Objekten
Matrixmaterial für die Herstellung von Faserverbundbauteilen, unter anderem für Luft- und Raumfahrt, für den Motorsport und für den Yachtbau.

Wegen des geringen Aufwands für die Herstellung im Handlaminierverfahren notwendigen Ausstattungsbedarfs und der hohen Festigkeit bei geringem Gewicht und den fast beliebigen Formgebungsmöglichkeiten ist dies auch im privaten Modellbaubereich beliebt.

Auf Grund seiner Ungiftigkeit wird Epoxidharz auch sehr oft zum Terrarienbau verwendet. Da es flüssigkeitsundurchlässig ist, kann man es ebenso gut in Feuchtterrarien verwenden.

Im Yachtbau unterscheidet es sich von Polyesterharz dadurch, dass es zu keinen Osmoseschäden kommt, auch dann nicht, wenn Seewasser durch eine beschädigte Gelcoat-Schicht dringt und mit dem Werkstoff in Berührung kommt. Deshalb wird Epoxidharz auch zur Reparatur von Osmoseschäden an Polyesterharz-Bootsrümpfen verwendet.

Epoxidharz ist beim jetzigen Stand der Technik nicht recyclingfähig und die Stoffe zu dessen Herstellung werden überwiegend aus Erdöl gewonnen.

[Bearbeiten] Eigenschaften

Die nachfolgenden Eigenschaften gelten für das reine, unverstärkte Harz ohne Zuschlagstoffe.

Elastizitätsmodul: $E\approx3000-4500 \frac{\rm{N}}{\rm{mm}^2}$
Zugfestigkeit: $R\approx 80 \frac{\rm{N}}{\rm{mm}^2}$
Dichte: $\rho\approx1{,}2 \frac{\rm{g}}{\rm{cm}^3}$

Je nach Einstellung des Harzsystems kann die Temperaturfestigkeit bei heißhärtenden Systemen mehr als 250°C betragen. Die Glasübergangstemperatur von kalthärtenden Systemen liegt bei etwa 80°C. Epoxidharz quillt wie die Thermoplaste unter Feuchtigkeitsaufnahme.

Aufgrund der guten dielektrischen Eigenschaften findet Epoxidharz, z.B. als Vergussmasse, in der Elektroindustrie Anwendung.

[Bearbeiten] Verarbeitung

Anders als bei Polyesterharz muss beim Anmischen von Epoxidharz normalerweise das stöchiometrische Harz/Härter Verhältnis eingehalten werden. Andernfalls verbleiben Teile von Harz oder Härter ohne Reaktionspartner, was klebrige Oberflächen und verminderte Festigkeit des Endprodukts zur Folge hat. Einige Epoxidsysteme sind jedoch ausdrücklich für eine Variation des Mischungsverhältnisses innerhalb enger Grenzen geeignet. Dadurch lassen sich Härte, Elastizität und andere Eigenschaften beeinflussen.

Eine inhomogene Mischung der Komponenten hat ähnlich negative Effekte wie ein falsches Verhältnis der Komponenten, da die Polymerisation nur unvollständig abläuft.

Die Polyaddition ist stark exotherm. Daher dürfen insbesondere bei hochreaktiven Systemen keine beliebig großen Mengen von Harz und Härter gemischt werden. Die entstehende Reaktionswärme kann so groß werden, daß es zum Brand kommt; zumindest können jedoch die Eigenschaften des Harzes durch die Überhitzung negativ beeinflusst werden. Für Bauteile mit großen Wanddicken sollten daher nur niedrigreaktive Harze verwendet werden.

Die Verarbeitungsdauer von Reaktionsharzen wird Topfzeit genannt. Sie hängt von der Verarbeitungstemperatur, der Einstellung des Harzes und dem Verarbeitungsverfahren ab. Übliche Topfzeiten liegen bei einigen Minuten bis hin zu einigen Tagen. Während der Topfzeit steigt die Viskosität des Harzes in einer nichtlinearen Kurve immer weiter an, bis schließlich keine Verarbeitung mehr möglich ist. Daher sollte immer nur so viel Harz angesetzt werden, wie innerhalb der Topfzeit verbraucht werden kann.

Eine Erwärmung des angemischten Harzes auf ca. 50 °C verringert die Viskosität und verbessert dadurch im Allgemeinen die Verarbeitbarkeit, verkürzt aber auch die Topfzeit. Langsamreaktive Epoxidharze benötigen lange Härtezeiten und eine hohe Härtetemperatur. Bei Bedarf können Beschleuniger zugegeben werden, die die Reaktionszeit verkürzen. Epoxidharze können zur vollständigen Ausreaktion und zum Erreichen einer höheren Temperaturbeständigkeit nach der Aushärtung einem Temperprozess unterzogen werden.

Epoxidharz kann mit reaktiven Verdünnern (z.B. Aliphate) vermischt werden, um die Viskosität des Harzes zu erniedrigen. Dadurch wird eine bessere Tränkung von Geweben oder die Verarbeitbarkeit im RTM-Verfahren gewährleistet.

Epoxidharze können mit Zuschlagstoffen (z.B. pyrogene Kieselsäure) versehen werden um sie thixotrop einzustellen. Dieses verdickte Harz kann als Füllmasse oder Klebstoff verwendet werden. Andere Zuschlagstoffe dienen als Füll- oder Treibmittel um die Dichte des Harzes zu verringern, um die Griffigkeit der Oberfläche zu verbessern oder um die maximale Dauer-Betriebstemperatur zu steigern. Zuschlagstoffe können das Brandverhalten von Epoxidharz positiv beeinflussen. Dies ist besonders beim Einsatz in Verkehrsmitteln wichtig.

Die chemische Schrumpfung bei der Polymerisation ist mit 0,5...5% deutlich geringer als bei den ungestättigten Polyesterharzen, sie kann mit geeigneten Zuschlagstoffen sogar noch weiter verringert werden.