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Ein Leitfaden für Verbundwerkstoffe in Booten

Verbundwerkstoffe werden allgemein als solche definiert, bei denen ein Bindemittel mit einem Verstärkungsmaterial verstärkt ist. In modernen Begriffen ist das Bindemittel üblicherweise ein Harz, und das Verstärkungsmaterial besteht aus Glassträngen (Glasfaser). Kohlenstofffasern oder Aramidfasern. Es gibt jedoch auch andere Verbundwerkstoffe wie Ferrocement und Holzharze, die noch im Bootsbau verwendet werden.

Verbundwerkstoffe bieten die Vorteile eines höheren Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht als herkömmliche Holz- oder Stahlverfahren und erfordern geringere Fähigkeiten, um ein akzeptables Rumpffinish im halbindustriellen Maßstab zu erzielen.

 

Geschichte der Verbundwerkstoffe in Booten

Ferrocement

Die wahrscheinlich früheste Verwendung von Verbundwerkstoffen für Boote war Ferrocement. Dieses Material wurde in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts ausgiebig für den Bau kostengünstiger Low-Tech-Lastkähne verwendet.

Später im Jahrhundert wurde es nicht nur für einmalige Heimprojekte, sondern auch für Produktionsbootbauer beliebt. Ein Stahlrahmen aus Verstärkungsstange (bekannt als Anker) bildet die Rumpfform und ist mit Hühnerdraht bedeckt. Es wird dann mit Zement verputzt und ausgehärtet. Obwohl es sich um ein billiges und einfaches Komposit handelt, ist Ankerkorrosion ein häufiges Problem in der chemisch aggressiven Meeresumwelt. Es sind jedoch immer noch viele tausend „Ferro“ -Boote im Einsatz – das Material hat es vielen Menschen ermöglicht, ihre Träume zu verwirklichen.

GFK

Während des Zweiten Weltkriegs, unmittelbar nach der Entwicklung von Polyesterharzen, wurden Glasfasern verfügbar, nachdem versehentlich ein Produktionsprozess unter Verwendung von geblasener Luft in einem Strom geschmolzenen Glases entdeckt wurde. Bald wurde glasfaserverstärkter Kunststoff zum Mainstream und GFK-Boote wurden in den frühen 1950er Jahren verfügbar.

Holz / Klebstoff-Verbundwerkstoffe

Der Druck während des Krieges führte auch zur Entwicklung kaltgeformter und heißgeformter Bootsbautechniken. Bei diesen Ansätzen wurden dünne Holzfurniere über einen Rahmen gelegt und jede Schicht mit einem Klebstoff gesättigt. Hochleistungsklebstoffe auf Harnstoffbasis, die für Flugzeughersteller entwickelt wurden, wurden häufig für die neue Technik zum Formen von Bootsrümpfen verwendet – typischerweise für PT-Boote. Einige Klebstoffe mussten zum Aushärten in einem Ofen gebacken werden, und es wurden heißgeformte Rümpfe entwickelt, obwohl der Zugang zu Industrieöfen Größenbeschränkungen unterworfen war.

 

Moderne Verbundwerkstoffe in Booten

Seit den 1950er Jahren haben sich Polyester- und Vinylesterharze stetig verbessert, und GFK ist das am weitesten verbreitete Verbundwerkstoff im Bootsbau. Es wird auch im Schiffbau eingesetzt, typischerweise für Minensuchboote, die nichtmagnetische Rümpfe benötigen. Osmotische Probleme, unter denen Boote der frühen Generation litten, gehören mit modernen Epoxidverbindungen der Vergangenheit an. Im 21. Jahrhundert folgt die Massenproduktion von GFK-Booten einem vollständigen industriellen Produktionsprozess.

Holz- / Epoxidformtechniken werden heute noch verwendet, typischerweise für Ruderboote. Andere Holz / Klebstoff-Verbundwerkstoffe haben sich seit der Einführung von Hochleistungs-Epoxidharzen entwickelt. Streifenbeplankung  ist eine solche beliebte Technik für den Bau von Heimbooten: Holzstreifen (typischerweise Zeder) werden in Längsrichtung über Rahmen gelegt und mit Epoxidharz beschichtet. Diese einfache Konstruktion bietet eine billige und starke Konstruktion mit einem fairen Finish, das von einem Amateur leicht erreicht werden kann.

An der Vorderkante des Bootsbaus stärkt die Aramidfaserverstärkung wichtige Bereiche von Segelbooten wie Bögen und Kielabschnitte. Aramidfaser bietet auch eine verbesserte Stoßdämpfung. Kohlefasermasten werden immer häufiger eingesetzt, da sie erhebliche Vorteile in Bezug auf Leistung und Schiffsstabilität bieten.

Segelboote verwenden auch Verbundwerkstoffe in ihrer Segelkonstruktion, wobei Kohlefaser- oder Glasfaserband eine flexible, aber formstabile Matrix bietet, auf die synthetisches Segeltuch laminiert wird.

Kohlefaser hat auch andere Schiffsanwendungen – zum Beispiel für hochfeste Innenleisten und Möbel auf Superyachten.

 

Die Zukunft der Verbundwerkstoffe im Bootsbau

Die Kosten für Kohlefasern sinken mit zunehmendem Produktionsvolumen, sodass die Verfügbarkeit von Kohlefaserplatten (und anderen Profilen) in der Bootsproduktion wahrscheinlich häufiger auftritt.

Materialwissenschaft und Verbundtechnologie schreiten rasant voran, und neue Verbundwerkstoffe umfassen Kohlenstoffnanoröhrchen- und Epoxidmischungen. Kürzlich wurde ein kleines Marineschiff mit einem Rumpf aus Kohlenstoffnanoröhren als Konzeptprojekt ausgeliefert.

Leichtigkeit, Festigkeit, Haltbarkeit und einfache Herstellung bedeuten, dass Verbundwerkstoffe im Bootsbau eine zunehmende Rolle spielen werden. Trotz aller neuen Verbundwerkstoffe bleiben faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe noch viele Jahre bestehen, obwohl sie sicherlich mit anderen exotischen Verbundwerkstoffen zusammenarbeiten werden.

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