Faserspritzen, englisch Spray-up, ist die maschinell unterstützte Variante des Handlaminierens. Ein Schneidwerk an der Pistole – der Chopper – schneidet Endlosglasfaser (Roving) in kurze Stücke, während die Anlage katalysiertes Harz durch eine oder mehrere Düsen fördert. Beides landet gemeinsam in der offenen Form; verdichtet wird von Hand. Die Handgriffe eines Spritztages stehen in der Anleitung Faserspritzen mit der Spritzanlage.
- Form vorbereiten: reinigen, eintrennen, Gelcoat auftragen und klebfrei angelieren lassen.
- Anlage kalibrieren: Spritzbild prüfen, Harz- und Glasdurchsatz über eine Zeitprobe wiegen.
- Aufspritzen: überlappende Bahnen, danach ein Kreuzgang um 90 Grad versetzt.
- Entlüften: jede Lage sofort mit der Riffelwalze verdichten, bis das Laminat glasig ist.
- Aufbauen, drucklos aushärten, entformen – und die Anlage sofort spülen.
Was in der Pistole passiert
Der Chopper ist eine Schneidwalze mit aufgesetzten Klingen, die den Roving gegen eine Gegendruckrolle trennt. Klingenteilung und Walzendurchmesser bestimmen die Schnittlänge; üblich sind 20 bis 40 Millimeter, einstellbar je nach Schneidwerk etwa 10 bis 50 Millimeter. Mehrere Rovingstränge laufen parallel ein – für die Aplicator IPS-8000 nennt der Anbieter bis zu drei Stränge à 2.400 tex (tex = Gramm je 1.000 Meter). Über Strangzahl und Harzdurchsatz stellt sich der Glasanteil ein.
- Innenmischung: Der Härter kommt im Pistolenkopf ins Harz – gleichmäßiges Mischbild, wenig freier Katalysatornebel, dafür muss der Mischweg nach jedem Einsatz gespült werden.
- Außenmischung: Harz und Härter treten getrennt aus und treffen erst im Fächer aufeinander. Der Mischweg bleibt sauber, die Mischgüte hängt dafür an der Pistolenführung.
- Airless statt luftunterstützt: Zerstäubung allein über den Flüssigkeitsdruck erzeugt größere Tropfen und weniger Sprühnebel. Feinere Zerstäubung vergrößert die Harzoberfläche und damit die Styrolverdunstung.
Katalysatordosierung: die unsichtbarste Fehlerquelle
Beim Handlaminat wird der Härter abgewogen; in der Spritzanlage dosiert eine zweite Pumpe unsichtbar mit. Übliche Einstellbereiche sind 0,8 bis 4 Prozent (Aplicator IPS-8000, stufenlos über die mechanisch gekoppelte Katalysatorpumpe); Graco bietet die Chopper-Systeme in mehreren Pumpenübersetzungen mit stufenlos verstellbarer Katalysatorpumpe an. Gefahren wird meist mit 1 bis 2 Prozent MEKP (Methylethylketonperoxid). Eine mechanisch an die Harzpumpe gekoppelte Härterpumpe hält das Verhältnis über den ganzen Durchsatzbereich. Kontrolle gibt es nur durch Messen: Harz und Härter getrennt über eine feste Zeitspanne auffangen und wiegen, dazu eine Gelzeitprobe. Zu wenig Peroxid ergibt klebriges, unterhärtetes Laminat, zu viel eine kurze Gelzeit, hohe Reaktionswärme und Verzug.
Schnittlänge und Glasgehalt
Die Schnittlänge ist ein Zielkonflikt: Längere Fasern übertragen mehr Last, legen sich aber schlechter in enge Radien; kürzere folgen der Kontur sauberer, bringen dafür mehr Faserenden – jedes davon eine Stelle, an der Last aus der Faser ins Harz umgelenkt wird. Nach oben ist der Faseranteil hart begrenzt: Der Faservolumengehalt liegt bei 15 bis 20 Volumenprozent, entsprechend rund 27 bis 35 Gewichtsprozent Glas. Der Fachhändler R&G führt das Verfahren in seiner Verfahrensübersicht mit „bis 20 Prozent“ Faservolumenanteil, 2 bis 3 Prozent Luftporengehalt und Wanddicken von 2 bis 10 Millimetern; der Verarbeiter Bücker nennt Glasgehalte „bis zu 35 %“, ohne die Bezugsgröße anzugeben – gemeint sein kann bei diesem Verfahren nur der Massenanteil, denn 35 Volumenprozent sind mit der Pistole nicht erreichbar.
| Kriterium | Faserspritzen | Handlaminat (Gewebe) | Vakuuminfusion |
|---|---|---|---|
| Faservolumengehalt | 15–20 Vol.-% | 30–40 Vol.-% | 50–60 Vol.-% |
| entspricht rund | 27–35 Gew.-% Glas | 48–59 Gew.-% Glas | 68–76 Gew.-% Glas |
| Faserlage | wirr, Schnitt 20–40 mm | gerichtet 0°/90° | gerichtet |
| Styrol je Lage | 70–90 g/m² | 60–80 g/m² | geschlossen, sehr gering |
Flächenleistung: wo der Zeitgewinn entsteht
Die Anlage ist nie der Engpass. Eine 4 Millimeter dicke Wand braucht rund 4 Kilogramm Harz je Quadratmeter (Faustwert: 1 Kilogramm Harz je Quadratmeter und Millimeter Wandstärke), mit 30 Gewichtsprozent Glas knapp 6 Kilogramm Laminat. Bei 3,8 Litern Harz pro Minute – der kleinsten von Graco genannten Systemgröße – wäre dieser Quadratmeter rechnerisch in einer Minute in der Form. Den Takt bestimmen aber Anrollen und Gelzeit: Polyesterharze gelieren bei rund 20 °C in 15 bis 40 Minuten, und mehr als 4 bis 5 Millimeter nass pro Durchgang verziehen sich durch die Reaktionswärme.
Der Vorteil gegenüber dem Handlaminat liegt anderswo: Mattenzuschnitt und Einlegen entfallen, Zuschnittverschnitt gibt es nicht, und Roving ist günstiger als Mattenware. Dafür geht ein Teil des Materials als Overspray neben die Form – wie viel, hängt an Düse, Abstand und Pistolenführung. Der Anlagenbauer Wolfangel beziffert die Zeitersparnis mit bis zu 30 Prozent.
Verdichten und Entlüften – der eigentliche Qualitätshebel
Gespritztes Material ist zunächst ein lockeres Faser-Harz-Gemenge voller Luft. Erst die Riffelwalze macht daraus ein Laminat: Sie drückt die Fasern in die Harzschicht, treibt Luft aus und stellt die Wanddicke ein. Milchig-helle Stellen sind Luft. Lufteinschlüsse schwächen die Anbindung zwischen den Lagen und sind die Vorstufe zur Delamination – deshalb wird zu zweit gearbeitet: eine Person spritzt, eine rollt nach.
Styrol: die Emissionsbilanz gehört in die Planung
Faserspritzen ist die emissionsstärkste Laminierweise für ungesättigtes Polyesterharz (UP-Harz); der Arbeitsplatzgrenzwert für Styrol liegt nach TRGS 900 bei 20 ml/m³ (86 mg/m³). Der BGIA-Report 4/2006 „Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Styrol“ nennt für das Harz-Faser-Spritzverfahren 70 bis 90 Gramm Styrol je Quadratmeter Laminatlage bei 20 °C – 7 bis 9 Prozent der Harzmenge; das Handverfahren liegt mit 60 bis 80 Gramm darunter. Emissionsgeminderte Harze mit Paraffinzusatz, heute meist styrolarme und LSE-Harze, halbieren diesen Wert.
Daraus wird die Lüftungsauslegung: Für ein Kilogramm Styroldampf je Stunde sind nach demselben Report mindestens 12.000 Kubikmeter Zuluft nötig, die Abluft 10 bis 20 Prozent höher. Entscheidend ist neben der Menge die Luftführung: Eine dokumentierte Laminierstraße lag bei 60 bis 80 ppm und nach dem Umbau auf turbulenzarme Quellluft bei rund 15 ppm – bei gleicher Luftmenge. Bei Formbreiten bis 2 Metern genügt eine Schlitzabsaugung am Formrand mit 2 bis 3 Metern pro Sekunde.
Wo das Verfahren aufhört
- Faseranteil: Bei rund 20 Volumenprozent ist Schluss – mehr Steifigkeit kommt nur über Wanddicke, Sicken oder Kerne.
- Faserrichtung: Wirre Kurzfasern kennen keinen Lastpfad; gerichtete Hauptlasten gehören ins Gewebe- oder Gelegelaminat.
- Maßhaltigkeit: Die Wanddicke entsteht aus der Handführung; ohne Messkamm streuen Dicke und Gewicht spürbar.
- Geometrie: Der Sprühfächer braucht Abstand – Hinterschnitte, enge Innenradien und tiefe Kästen bleiben Handarbeit.
- Harzsystem: Üblich sind UP und Vinylester mit Peroxidhärtung; Epoxid verlangt eigens ausgelegte Dosieranlagen.
- Emission: Auch mit guter Absaugung bleibt Spray-up das offene Verfahren mit der höchsten Styrolfracht je Bauteil, weil sich der Wert über jede Lage summiert. Je einzelner Lage liegt nach BGIA-Report 4/2006 nur das Spritzen der Feinschicht mit 80 bis 90 Gramm je Quadratmeter noch darüber.
Wirtschaftlichkeit und typische Bauteile
Nach unten steht die Anlage. Das Werkzeug ist dasselbe wie beim Handlaminat – eine einseitige, offene Form –, aber Pistole, Dosierpumpen, Absaugung und Spülinfrastruktur sind eine Investition, die R&G als „mittel“ einordnet. Jeder Spritztag kostet zusätzlich Rüsten, Kalibrieren und Spülen; die Schwelle ist deshalb keine Stückzahl, sondern die jährlich gespritzte Laminatfläche.
Nach oben steht die Qualität: Sobald Gewicht, reproduzierbare Kennwerte oder niedrige Emission zählen, ist ein geschlossenes Verfahren der größere Hebel. Die Vakuuminfusion hebt den Faservolumengehalt auf 50 bis 60 Prozent, ohne ein zweites Werkzeug zu verlangen; RTM braucht eine zweiteilige, druckfeste Form – der Verfahrensvergleich stellt die Kennwerte gegenüber. Dazwischen liegt das klassische Feld: Dusch- und Auffangwannen, Lichtkuppeln, Agrarbehälter, Schwimmbeckenkörper, Maschinenverkleidungen, Rumpfschalen im Serienbootsbau.