Kooperation ermöglicht effizienteres Produktionsverfahren für Beschichtung

Die Gleitfähigkeit der Laufflächenbeschichtungen bei Skiern wird insbesondere durch die Härte der Oberfläche, die Höhe der Wachsaufnahme sowie die Beständigkeit der Eigenschaften über einen langen Nutzungszeitraum bestimmt. Herkömmliche Produktionsverfahren für Skibeläge seien insbesondere zeit- und energieintensiv und folglich auch mit hohen Kosten verbunden. Hinzu kommen mitunter starke materialbedingte Schwankungen in der Qualität, die durch den pulverförmigen Kunststoff entstehen, der in den Belägen eingesetzt wird und der sich nur schwer gleichmäßig verteilen lässt. Die Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der Technischen Universität Chemnitz sowie das Unternehmen Germina Sportwelt arbeiten deshalb gemeinsam an einer möglichst wirtschaftlichen Produktionsweise.

Die Kooperationspartner wählten Polyethylene aus Makromolekülen als Ausgangsmaterial für die Beläge und damit Kunststoffe, die im schmelzflüssigen Zustand eine gerade ausreichende Fließfähigkeit für eine Verarbeitung im sogenannten Extrusionsverfahren aufweisen. In diesem Fertigungsverfahren wird der bei circa 270 °C erhitzte und dadurch teigartige Kunststoff unter hohem Druck mittels einer schraubenähnlichen Extruder-Schnecke durch formgebende Düsen gepresst, gezielt auf eine aus mehreren Stahlwalzen bestehende Kalanderanlage abgelegt und dort gepresst. Die Vorzüge dieses Verfahrens sind, dass nach dem Abkühlen ein fertiger Belag entsteht und überdies eine kontinuierliche Verarbeitung möglich ist. Dadurch gelang den Wissenschaftlern im Rahmen des Projekts die Herstellung der Laufflächenbeschichtung in nur einem Schritt. Die Zusammensetzung des Materials, die in der Kunststofftechnik als Compoundierung bezeichnet wird, und die Belag-Extrusion sind hier keine getrennten Vorgänge mehr, sondern laufen direkt hintereinander ab. Mit einem speziellen Zusatzstoff gelang es überdies, wachsartige Substanzen feinstverteilt und dauerhaft in das Material zu binden. Der Clou dabei: Ist das Wachs bereits im Skibelag enthalten, hat dieser bereits von Werk aus eine Grundgleitfähigkeit. Dennoch ist die Materialherstellung nicht ohne Herausforderungen. Denn damit die verwendeten Kunststoffe überhaupt im Extrusionsverfahren verarbeitet und die technologischen und wirtschaftlichen Vorteile dieses Vorgehens genutzt werden können, sind laut den Projektpartnern eine besonders leistungsfähige Anlage sowie eine Anpassung der Prozessparameter notwendig. Für die Weiterverarbeitung wurde der Skihersteller Germina mit ins Boot geholt. Skibelag und Skikern zusammenzufügen, ist dabei nicht einfach. Denn in diesem Prozess spielt vor allem eine Eigenschaft eine große Rolle: die Adhäsion. Aufgrund der geringen Oberflächenenergie würde die Beschichtung zwar sehr gut auf Schnee gleiten, die Benetzung mit Klebstoffen und folglich die Verbindung mit dem Skikern ist hier jedoch herausfordernd. In Kombination mit ihrer geringen Polarität, die die Ausbildung von Haftungskräften erschwert, seien sie daher deutlich schwieriger zu verkleben als zum Beispiel Metalle. Das Projektteam unterzieht die neuartigen, wachsadditivierten Skibeläge daher einer speziellen Vorbehandlung: Das Material wird zunächst angeraut und dann einer sogenannten Beflammung unterzogen. Dabei wird der Belag über eine Gasflamme gezogen und dessen Oberflächenenergie auf diese Weise erhöht. Anschließend werden die Beläge mithilfe etablierter Technologien auf Skipressen verklebt und dauerhaft mit dem Skikern verbunden. Neben der Klebetechnik entwickelte der Skihersteller auch die Prüfvorrichtung, die den Erfolg des von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF) geförderten Projektes messbar werden ließ. Aktuell wird die Dauerstandfestigkeit der Beläge geprüft. Die Schlagzähigkeit der Beläge, also deren Fähigkeit, Stoß- und Schlagenergie zu absorbieren, müsse dabei noch gesteigert werden, um etwa Schädigungen des Materials durch Fremdkörper im Schnee zu verhindern.

Quelle: TU Chemnitz