Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung und Herstellung eines nichtbrennbaren Materialverbunds mit einer kalthärtenden phosphatischen Keramikmatrix und Basaltfasern im Pultrusionsverfahren (NiBreMa)

Das Bauwesen trägt bis zu 60 % zum globalen Ressourcenverbrauch bei. Durch die Bewehrung von Beton mit textilen Gittern oder Spann-Zugstäben (Rebars) aus Faserverbundwerkstoffen (FVW) kann durch die Korrosionsbeständigkeit der Fasern mit wesentlich weniger Beton-Überdeckung gearbeitet werden. Dies reduziert Materialverbrauch, Baustoffkosten, Bauzeit, Gewicht, Wandstärken sowie Treibhausgasemissionen und Abfallaufkommen um bis zu 80%. Bisherige FVW-Kunststoff-Matrices sind entweder wenig hitzebeständig, oder sind zwar höher temperaturbeständig, aber greifen teilweise die Fasern an. Im Projekt soll durch eine neue Kombination von Basaltfasern mit einer kalthärtenden, preiswerten Keramikmatrix (CBPC) eine wesentlich höhere Feuerbeständigkeit (> 650°C) als unter Verwendung von Glasfasern bzw. Kunststoffmatrices erreicht werden. Mittels der kostengünstigen Pultrusion (Strangziehen) sollen ohne den Einsatz von Lösemitteln Faserverbundprofile mit guten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Nutznießer des Projekts sind unter anderen die ca. 12 deutschen, international renommierten Pultrusionsfirmen (KMU). Allein für pultrudierte Rebars wird der Weltmarkt auf 100 Mrd. € geschätzt. Insgesamt wird der Brandschutz immer wichtiger: Die kostengünstig pultrudierten Basalt/CBPC-Rebars mit hoher gewichtsbezogener Festigkeit demonstrieren, dass gewichtssparende energieeffiziente Verbundwerkstoffe durch den sehr hohen Brandschutz in sehr vielen weiteren Anwendungsgebieten im Bauwesen (Fassaden, Gebäude, Tunnelbau, Innenausbau, Masten) Transportwesen (Schiene, Schiffe, 4G-5G-Antennen) oder Industrie (Lüftungs- und Kabelkanäle, Bohrinseln) eingesetzt werden können. Dies unterstützt die weiterhin positive Entwicklung deutscher Faserverbundfirmen – zumeist KMU - mit stark wachsendem Markt.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel im Projekt NiBreMa war die Herstellung eines Nicht-Brennbaren Materialverbunds mit einer kalthärtenden phosphatischen Keramikmatrix (CBPC) und Basaltfasern im Pultrusions-Verfahren. Damit haben die DITF ein neues Forschungsfeld, das sehr viel Potential für neue Materialentwicklungen und Anwendungen bietet, betreten. Dieses Gebiet ist noch relativ jung, da bisher nur wenig Veröffentlichungen zu faserverstärkten Phosphat-Keramiken erschienen sind. Während der Entwicklung des CBPC-Schlickers wurden verschiedene mineralische Zuschlagsstoffe, die sich chemisch und physikalisch voneinander unterschieden, untersucht. Es wurden mehr als 80 Schlicker-Rezepturen in einer aufwändigen Screening-Phase angesetzt und beurteilt. Daraus ging eine erste Grundrezeptur hervor. Diese wurde bezüglich ihrer Verarbeitungseigenschaften und ihres Härtungs-Verhaltens optimiert. In statischen Druckprüfungen konnten die Druckeigenschaften von keramischen Prüfkörpern ermittelt werden. Der entwickelte Schlicker wurde als Matrix zur Herstellung von Basaltfaser-verstärkten Faserverbunden im Wickel-Verfahren, im Handlaminier-Verfahren und in der Pultrusion erfolgreich eingesetzt. Das Ergebnis dieses Projekts war eine Schlicker-Formulierung für den industriellen Einsatz mit den notwendigen Fabrikations- und Gebrauchseigenschaften. Die kostengünstig pultrudierten Basalt/CBPC- Pultrusions-Profile zeigen, dass gewichtssparende Energie-effiziente Verbundwerkstoffe aufgrund der Nicht-Brennbarkeit in vielen Anwendungsgebieten potentiell einsetzbar sind. Insbesondere liegt der Nutzen der Vorteile dieser neuen Faserverbundwerkstoffe von der volkswirtschaftlichen, ökologischen und ökonomischen Seite her im Bauwesen, aber auch im Transportwesen, im Schiffbau, im Flugzeugbau, in der Industrie und in der Verfahrenstechnik zur Ausstattung von Korrosions-beständigen Anlagen. Dies unterstützt die weiterhin positive Entwicklung deutscher Faserverbundfirmen - zumeist KMU - mit stark wachsendem Markt.