Arthur Konrad Wieland, M.Sc., Nicco Stroetmann, M.Sc., Dr.-Ing. Stefan Schmidt, Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge
Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Dr. rer. nat. Tobias Urbaniak, Dr. Gideon Abels, Dr. Laura Boskamp, Dr.-Ing. Katharina Haag, Prof. Dr. Bernd Mayer
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Das IGF-Vorhaben 01IF22400N der Forschungsvereinigung Schiffbau und Meerestechnik e.V. (FSM) wurde im Rahmen des Programms Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.
Der Bericht kann beim FSM bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an info(at)fsm-net.org
Zusammenfassung
Für Bauteile im kommerziellen Schiffbau gelten hohe Brandschutzanforderungen. Der Einsatz klassischer Faserverbundwerkstoffe (FVW) ist aufgrund ihrer organischen Matrix, die unter hoher Wärmefreisetzung und Rauchgasentwicklung verbrennt, nicht ohne weiteres möglich. Eine Alternative bieten Faserverbundwerkstoffe mit anorganischer Matrix, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung zwar grundlegend nicht brennbar sind. Sie bieten allerdings nicht die gewünschten Festigkeiten und Duktilität, um metallische Bauteile zu ersetzen.
Durch eine Kombination der jeweils positiven Eigenschaften von organischen und anorganischen FVW werden im Projekt HybridComp Faserverbundbauteile mit verbesserten mechanischen und Brandschutzeigenschaften zum Einsatz im Schiffbau realisiert. Zur Erreichung dieses Ziels werden im Rahmen des Vorhabens zwei Lösungsansätze parallel verfolgt. Der erste Lösungsansatz verfolgt eine chemische Kombination hochtemperatur- und flammbeständiger Benzoxazine und anorganischer nicht-brennbarer Geopolymere als Matrixsysteme (Homo-Hybrid-FVW). Die entwickelten Materialien besitzen gute mechanische Eigenschaften und mittlerem Brandschutz. In Fertigungsversuchen wird ein Prepregprozess entwickelt, der einen flexiblen Einsatz des Homo-Hybrides in einen Laminataufbau ermöglicht.
Im zweiten Lösungsansatz wird eine konstruktive Kombination abgegrenzter Einzelschichten aus FVW mit organischer und anorganischer Matrix umgesetzt (Hetero-Hybrid-FVW). Dabei wird ein mehrschichtiger anorganisch-organisch Hybrid-Faserverbundbauteile für erhöhte Brandschutzanforderungen entwickelt. Anorganische FVW-Schichten mit Geopolymermatrix übernehmen die Funktion des Brandschutzes und organische FVW-Schichten mit Benzoxazinmatrix sind für die strukturelle Integrität des Faserverbundbauteils zuständig. Die Charakterisierung der Materialien bestätigt eine symbiotische Verbindung mit hohen mechanischen Eigenschaften und einer guten Bruchdehnung. Der Brandschutz des hybriden FVWs wird durch externe Brandversuche belegt. Anhand von Demonstratorbauteilen werden Anwendungsbespiele für den industriellen Einsatz aufgezeigt.
