Brandschutz inklusive: Bio-Composites für den Schiffsbau

Im Forschungsprojekt Greenlight werden biobasierte Faserverbundwerkstoffe mit intrinsischer Brandsicherheit zum Einsatz für tragende Strukturen von Schiffen inklusive Fertigungs- und Recyclingkonzepten entwickelt. Hintergrund ist, dass beim Bau von Passagierschiffen immer noch Stahl und ein geringer Anteil an Aluminium dominieren, weil die notwendige Freigabe für den Einsatz in sogenannten SOLAS-Schiffen (International Convention for the Safety of Life on Sea) für lasttragende Faserverbundkunststoffe noch nicht erteilt wurde.

Im Greenlight-Projekt des Fraunhofer-Institut IFAM sollen nun die Anforderungen an die Brandsicherheit mit polybenzoxazinbasierten Verbundwerkstoffen gelöst werden. Polybenzoxazine zeigen beim Brandschutz vielversprechende Eigenschaften und zeichnen sich im Brandfall durch geringere Wärmefreisetzungsraten, eine geringere Rauchgasdichte und -toxizität aus. Sie könnten auch ohne halogenierte Flammschutzmittel den Anforderungen an den Brandschutz in verschiedenen Anwendungsbereichen gerecht werden.

Mit diesem materialintrinsischen Lösungsansatz kann das Brandverhalten der FVKs den sicherheitstechnischen Anforderungen auch nach einer mechanischen Verformung der Komponenten zum Beispiel durch Zusammenstöße oder Unfälle genügen, so dass sich weitere Leichtbaupotenziale erschließen lassen.

Im Projekt GreenLight wird bei der Auswahl der Rohstoffe ein besonderes Augenmerk auf die ökologischen und sozialen Faktoren im Rahmen einer Nachhaltigkeitsanalyse gelegt. Für die Benzoxazin-Synthese sind phenolische Komponenten, Amine und Formaldehyde notwendig, wobei diese Komponenten aus konventionellen Erdölprodukten, aber auch aus nachwachsenden Rohstoffen, wie beispielsweise der Maisspindel (=der Strunk des Maiskolbens ohne Körner) oder Sesamsamen gewonnen werden können.

Um den CO₂-Fußabdruck weiter zu reduzieren, soll außerdem für Bauteile aus diesen Materialien eine möglichst lange Lebens- und Betriebszeit erreicht werden. Dafür werden die Faserverbundkunststoffe mit Sensoren ausgestattet, die eine Zustandsüberwachung im Betrieb erlauben. Durch das Monitoring können die Auslegung optimiert (Materialeffizienz!) und die Anzahl der Wartungszyklen sowie der -aufwand minimiert werden.

Die Sensoren werden folienbasiert oder über gedruckten Sensoren in Form von Pasten integriert. Im Projekt werden diese Ansätze auf biobasierte Polybenzoxazine (Benzoxazinharze)mit Basaltfaserverstärkung übertragen. Es werden Konzepte entwickelt, mit denen die Daten aus den Sensoren für Structural Health Monitoring (SHM) genutzt werden können. Die Daten bilden außerdem die Grundlage für einen digitalen Zwilling, der das Material über den gesamten Lebenszyklus (Design, Erstellung, Betrieb und Wiederverwertung) abbildet und für das Bewerten der Langzeiteigenschaften verwendet werden kann.

Projektpartner sind neben dem federführenden Fraunhofer-Institut IFAM die Meyer Werft und die Invent GmbH.

Bild oben: Ausgangsmaterialien für die Entwicklung brandsicherer und biobasierter Faserverbundwerkstoffe für den strukturellen Leichtbau in Schiffen. (Quelle: Fraunhofer IFAM)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, K-Zeitung