Hartpapier und Papiercomposites: Werkstoffe zur Isolierung und Konstruktion

Elektrische Isolierwerkstoffe für Trafos und Transformatoren

(PresseBox) (Dortmund, ) "Papiercomposites" ein neues Schlagwort in der Fachwelt oder doch Altbekanntes? Schon 1909 wurde Bakelit entwickelt, ein reiner Harzkunststoff. Seine Weiterentwicklung fand zu dem bekannten Pertinax statt, einem Papierschichtpressstoff mit Phenolharz-Matrix. Hier wurde Papier zur Verstärkung des Verbundwerkstoffs eingesetzt. Die Kombination scheint also doch nicht so neu und die industrielle Fertigung ist weit fortgeschritten.

Denn letztlich entstand die große Werkstoffgruppe der duroplastischen Schichtpressstoffe, die auch normiert sind. Die entsprechende DIN 7735:1975 wurde durch die europäische Norm EN 60893:2004 abgelöst. Die AGK Hochleistungswerkstoffe GmbH bietet einen Vergleich dieser beiden Normen im Internet an. Auch auf dem Gebiet der DDR gab es die TGL-Normen, die sich mit Schichtpressstoffen beschäftigten. Der Trabant/Trabi, häufig als Rennpappe bezeichnet, hat auch eine Phenolharzmatrix, ist allerdings mit Baumwollfasern verstärkt, also eher ein Baumwollhartgewebe.

Hartpapier wird aus Zellulosepapier und Phenol-Formaldehyd-Harz hergestellt. Man bezeichnet dies auch als papierverstärkten Phenoplast. In der Kunststoffchemie charakterisiert man dies als duroplastischen Kunststoff. Im Gegensatz zu den thermoplastischen Kunststoffen, findet eine irreversible Aushärtung statt. Die kontinuierliche Herstellung ist ein komplexes Verfahren, so muss z.B. das Aufschwimmen der Papierbahnen im Harzimprägnierbad verhindert werden. Teilweise wird ein Zweiwannenverfahren angewendet. Die Saugfähigkeit des verwendeten Papieres, u.a. aufgrund seines Luftvolumens, ist ein entscheidender Wirtschaftsfaktor bei der schnellen Herstellung. Sofern hochwertige Elektroisolierqualitäten hergestellt werden, wie z.B. Hp 2061.5, muss das eingesetzte Papier aus Natroncellulose mit entsalztem Wasser hergestellt sein, damit auch das isolierende Endprodukt ionenfrei ist. Fertig imprägnierte Bahnen werden auf das Endformat zugeschnitten. Während durch die Bahnenlänge das Endplattenformat bestimmt werden kann, ist die maximale Breite durch die Papierbahn vordefiniert. Die Herstellung der Schichtpressstofftafeln aus diesen Prepregs erfolgt diskontinuierlich in Mehretagenpressen. Natürlich limitiert auch die Presstischgröße das produzierbare Tafelformat. Durch die Anzahl der übereinandergeschichteten Prepregs kann die Dicke der gepressten Tafel bestimmt werden.

Die AGK bietet Werkstoffe auf Basis Hartpapier schon immer unter Ihrer Marke DuroBest® 110 an. Zwei Einsatzgebiete treten dabei hervor: zum Einen die Verwendung als günstigen Konstruktionswerkstoff, der durch eine äußerst geringe Feuchtigkeitsaufnahme glänzt und zum Anderen als Elektroisolierwerkstoff.

Hartpapier ist ein günstiger Isolierstoff, der in der Elektronikindustrie eingesetzt wird, wenn eine Temperaturbeständigkeit bis 120°C ausreicht. Diese Isoliersysteme der Wärmklasse E werden häufig im Bereich der Trafoisolierung eingesetzt. Sind höhere Thermische Klassen für Elektroisolierstoffe gefordert wird dies mit Glashartgewebe realisiert.

Als Konstruktionsmaterial verwendet die AGK DuroBest® 110 als Ersatz von Modellplatten aus Schichtholz. Hier zeichnen sich die Vorteile: Verzugsfestigkeit, Feuchtigkeitsresistenz und toleranzgenaue Fertigung des Werkstoffs ab.

Kann man also sagen, dass Papiercomposites doch etwas Neues sind, weil es sich nicht um reine Platten und Bauteile daraus handelt, sondern originäre Formteile ohne weitere Verarbeitungsschritte? Dies mag stimmen, aber die aktuelle wirtschaftliche Herangehensweise ist die Fertigung aus Plattenhalbzeug. Neue Verfahren für andere - komplexe - Geometrieen mögen sinnvoll zu entwickeln sein, von einem neuen Material kann man nicht unbedingt sprechen. Die Verwendung von einer duroplastischer Matrix mit Papierverstärkung ist ein sehr altes Verfahren. Wesentlicher Vorteil einer originären Formgebung wird sein, dass man die Schichtung gezielt beeinflussen kann und die Schichten, wie bei gefrästen Bauteilen aus Platten, nicht an der Oberfläche sichtbar werden. Auch wenn andere Varianten normiert sind, so hat sich Phenolharz und Papier als wirtschaftlich sinnvolle Kombination erwiesen. Papier mit Epoxidharzmatrix spielt keine wirtschaftliche Rolle, da sich die Kombination mit Glasfaserprodukten als mechanisch fester und temperaturstabiler gezeigt hat.

Auch gewickelte Rohre werden auf Basis Hartpapier schon lange industriell auf Wickelmaschinen hergestellt. Diese Hartpapierrohre sind als DuroBest® DB110R erhältlich.

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AGK Hochleistungswerkstoffe GmbH

Die AGK Hochleistungswerkstoffe GmbH ist ein Nischenanbieter im Isoliermarkt. Als B2B Anbieter werden kundenindividuelle Bauteile aus Isolierwerkstoffen gefertigt. Dabei greift die AGK auf thermische und elektrisch isolierende Materialien bis 1500°C zurück. Die Isolationswerkstoffe müssen bis 1000°C zudem konstruktionsfest/druckfest sein, damit ein multifunktionaler Einsatz für den Maschinenbau gewährleistet werden kann.

In der Fertigung in Dortmund werden von über 25 Mitarbeitern Isolationskomponenten per CNC gefräst und gedreht.

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