IGF-Vorhaben 22400 BG: Brandbeständige Hybrid-Faserverbundwerkstoffe auf Basis optimierter organisch-anorganischer Systeme (HybridComp)


Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP

Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Stefan Schmidt

Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Prof. Dr. Bernd Mayer, Dr. rer. nat. Katharina Koschek, Dr. Laura Boskamp

Bearbeitungszeitraum: 01.05.2022 bis 30.04.2024

Kurzfassung des Vorhabens

Faserverbundwerkstoffe (FVW) können weder auf Basis rein anorganischer, kalthärtender Matrixsysteme noch auf Basis rein organischer, polymerer Matrixsysteme das komplexe Anforderungsprofil im kommerziellen Schiffbau erfüllen. Deshalb bleibt der Leichtbau mit FVW in dieser Branche bislang hauptsächlich dem Sport- und Freizeitbereich vorbehalten.
Ziel des Projekts „HybridComp“ ist die Kombination organischer und anorganischer Matrixsysteme zur Herstellung brandbeständiger Hybrid-FVW. Hierbei sollen die Brandbeständigkeit der anorganischen Phase und die mechanischen Eigenschaften der polymeren Phase vereint werden. Zur Erreichung dieses Ziels sind zwei parallele Lösungsansätze geplant. Der erste Ansatz sieht mittels chemischer Kombination hochtemperatur- und flammbeständiger Benzoxazine und anorganischer nicht-brennbarer Geopolymere die Herstellung einer homogenen Hybridmatrix für FVW vor (Homo-Hybrid-FVW). Im zweiten Ansatz soll eine konstruktive Kombination abgegrenzter Einzelschichten aus FVW mit organischer und anorganischer Matrix erfolgen (Hetero-Hybrid-FVW).
Nach einer Analysephase (AP 1) finden die Materialentwicklung (AP 2) und die Erprobung von Verarbeitungs- und Fertigungskonzepten (AP 3) entsprechend der beiden Lösungsansätze statt. Auf Basis eines statistischen Versuchsplans werden anschließend materialspezifische Eigenschaften im Faserverbund unter Variation der organischen und anorganischen Anteile ermittelt (AP 4). Zum Nachweis der Umsetzbarkeit und Funktionalität erfolgt schließlich die Entwicklung eine Demonstratorstruktur (AP 5), bevor eine Anwenderrichtlinie zur Herstellung brandgeschützter Hybrid-FVW erstellt wird (AP 6).
Der Kenntnisgewinn und besonders die Richtlinie ermöglichen der durch KMU geprägten Zulieferindustrie im deutschen Schiffbau eine Erweiterung ihres Produktportfolios. Bei Ausweitung des Hybrid-FVW-Einsatzes können Faserverbund-Zulieferern außerdem neue Branchen wie die Schienenfahrzeugindustrie oder das Bauwesen erschließen.