Bayer MaterialScience: Energieeffiziente und stabile Fenster mit Polyurethan-Composites

Für hoch wärmedämmende aber stabile Fensterrahmen hat Bayer MaterialScience eine effiziente, robuste und dauerhafte Materiallösung auf Basis von Polyurethanen entwickelt. Dadurch ist die Herstellung von Profilen mit sehr schmaler Ansichtshöhe und geringer Bautiefe möglich, etwa für die Verglasung von Dachflächen oder von Bauteilen mit begrenztem Platzbedarf. Das Beispiel zeigt ein Detail einer Hebeschiebetür der Firma Internorm.

Eine effiziente Wärmedämmung von Gebäuden senkt den Energieverbrauch und schont den Geldbeutel von Eigentümern oder Mietern. Darüber hinaus leistet sie einen Beitrag zur Ressourcenschonung und zum Klimaschutz. Insbesondere Fenster und Fassaden sind oft eine Quelle für Wärmeverluste. Um diese zu verringern, kommt es neben dem Einsatz von Mehrfachverglasungen vor allem auf gut gedämmte Fensterrahmen an.

Große und lichtdurchflutete Fenster liegen im Trend, vor allem in öffentlich genutzten Gebäuden. Deshalb werden die Rahmen schmaler ausgelegt und müssen über eine entsprechend hohe Steifigkeit und Dimensionsstabilität verfügen. Zur Erfüllung all dieser Forderungen habe Bayer MaterialScience eine effiziente, robuste und dauerhafte Materiallösung entwickelt. Sie basiert auf Faserverbundwerkstoffen mit maßgeschneiderten Polyurethanen als Matrixmaterial.

"Diese Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine sehr gute Wärmedämmung aus", erläutert Dr. Andreas Hoffmann, Leiter des Projekts in der Region Europa. Die Wärmeleitfähigkeit liegt in einem ähnlich niedrigen Bereich wie die von Holz und Polyvinylchlorid (PVC). "Die Fensterrahmen können somit einen signifikanten Beitrag leisten, die Anforderungen von Energie-Einsparverordnungen und Passivhaus-Standards zu erfüllen", so Hoffmann.

Sehr gute Festigkeit und Dimensionsstabilität
Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften seien vor allem auf den hohen Glasfasergehalt von rund 80 Gewichtsprozent zurückzuführen. Dadurch sei die Herstellung von Profilen mit sehr schmaler Ansichtshöhe und geringer Bautiefe möglich, etwa für die Verglasung von Dachflächen oder von Bauteilen mit begrenztem Platzbedarf. Dazu zählen etwa Schiebetüren für Balkone und Terrassen.

Alternativ können auch große Profile hergestellt werden, beispielsweise für Fassadenfenster mit großen Glasflächen. Das gute mechanische Eigenschaftsniveau trage auch zu einer Verringerung des Gesamtgewichts bei. Das erleichtere die Montage und nicht zuletzt das spätere Öffnen der Fensterelemente.

Die Verbundwerkstoffe werden durch eine geeignete Lackierung oder Aufbringung einer Kaschierfolie vor Witterungseinflüssen geschützt. Die Gefahr einer Verrottung wie bei Holzrahmen oder Versprödung wie im Falle von PVC bestehe somit nicht. Dank der guten Dimensionsstabilität des Materials komme es auch bei stärkeren Temperaturwechseln nur zu geringen Spannungen an der Nahtstelle zwischen Glas und Fensterrahmen: sie bleibe dauerhaft dicht.

Kontinuierliche Produktion mittels Pultrusion
Die Herstellung der faserverstärkten Profile erfolgt mit einem kontinuierlichen Verfahren, das als Pultrusion oder Strangziehen bekannt ist. Dabei werden Faserbündel, etwa aus Glas- oder Carbonfasern, von Spulen durch eine geschlossene Injektionsbox gezogen und dort mit der flüssigen Polyurethan-Matrix imprägniert. Unter Wärmeeinfluss härtet der Faserverbundwerkstoff in der vom Werkzeug vorgegebenen Form - in diesem Fall einem Fensterprofil - vollständig aus. Er wird dann von einer mitlaufenden Säge konfektioniert.

Schließlich werden die Teile - gegebenenfalls nach weiterer Bearbeitung mittels Schleifen, Fräsen oder Bohren - in die Fenster- oder Fassadenelemente eingebaut. Bei Verwendung des Polyurethansystems lassen sich laut Bayer Materialsience meist höhere Produktionsgeschwindigkeiten umsetzen als bei alternativen Matrixwerkstoffen wie Polyester, Vinylestern oder Epoxidharzen.

Weitere Einsatzchancen vom Verkehrswesen bis zur Windenergie
Mit der Verwendung in Fenstern und Fassaden sind die Möglichkeiten für Polyurethan-Pultrudate aber nicht erschöpft. Vielversprechende Perspektiven sollen sich auch im Transportwesen eröffnen, wo sie verglichen mit Metall eine sehr gute mechanische Belastbarkeit bei geringerem Gewicht zeigten. Weitere Beispiele seien Infrastrukturprojekte wie der Brückenbau oder die Errichtung von Strommasten. Aufgrund ihrer hohen Bruchsicherheit und Verschleißbeständigkeit kommen aus Pultrudaten hergestellte U-förmige Profile bereits im Industrieanlagenbau zum Einsatz.

Auf der Kunststoffmesse K 2013 wird Bayer MaterialScience ein glasfaserverstärktes Rotorblatt für eine Windkraftanlage vorstellen. Das Unternehmen hat hierfür ein spezielles Polyurethanharz entwickelt, die Verarbeitung erfolgt in diesem Fall mit Hilfe des Vakuum-Infusionsverfahrens.

Weitere Informationen: www.materialscience.bayer.com

K 2013, 16.-23.10.2013, Düsseldorf, Halle 6, Stand A75-1

Bayer MaterialScience AG, Leverkusen

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