Verbundwerkstoffe werden seit über 50 Jahren kommerziell genutzt. In der Anfangsphase der Kommerzialisierung werden sie ausschließlich in High-End-Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt und der Verteidigung eingesetzt. Mit fortschreitendem technologischen Fortschritt werden Verbundwerkstoffe zunehmend in verschiedenen Endverbraucherbranchen wie der Sportartikelindustrie, der Zivilluftfahrt, der Automobilindustrie, der Schifffahrt sowie im Tiefbau und Bauwesen kommerzialisiert. Die Kosten für Verbundwerkstoffe (sowohl für Rohstoffe als auch für die Herstellung) sind im Vergleich zu den Vorjahren deutlich gesunken, sodass sie in immer mehr Branchen in großem Maßstab eingesetzt werden können.
Der Verbundwerkstoff ist eine Mischung aus Fasern und Harz in einem bestimmten Verhältnis. Während die Harzmatrix die endgültige Form des Verbundwerkstoffs bestimmt, wirken die Fasern als Verstärkungen und verstärken das Verbundteil. Das Verhältnis von Harz zu Fasern variiert je nach der vom Tier-1- oder Erstausrüster (OEM) geforderten Festigkeit und Steifigkeit des Teils.
Die primäre Tragstruktur erfordert einen höheren Faseranteil im Vergleich zur Harzmatrix, während die Sekundärstruktur nur ein Viertel der Fasern in der Harzmatrix benötigt. Dies gilt für die meisten Branchen. Das Verhältnis von Harz zu Fasern hängt von der Herstellungsmethode ab.
Die Yachtindustrie hat sich zum treibenden Faktor für den weltweiten Verbrauch von Verbundwerkstoffen, einschließlich Schaumkernmaterialien, entwickelt. Allerdings erlebt sie auch einen Abschwung: Der Schiffbau verlangsamt sich und die Lagerbestände steigen. Der Nachfragerückgang könnte auf die Zurückhaltung der Verbraucher, sinkende Kaufkraft und die Umverteilung begrenzter Ressourcen in profitablere Kerngeschäftsbereiche zurückzuführen sein. Werften passen zudem ihre Produkte und Geschäftsstrategien an, um Verluste zu reduzieren. In dieser Zeit mussten sich viele kleine Werften aufgrund von Kapitalverlusten zurückziehen oder wurden übernommen, da sie ihren normalen Geschäftsbetrieb nicht aufrechterhalten konnten. Der Bau großer Yachten (> 35 Fuß) erlitt einen Rückschlag, während kleinere Boote (< 24 Fuß) in den Fokus der Produktion rückten.
Warum Verbundwerkstoffe?
Verbundwerkstoffe bieten im Bootsbau viele Vorteile gegenüber Metall und anderen traditionellen Materialien wie Holz. Im Vergleich zu Metallen wie Stahl oder Aluminium können Verbundwerkstoffe das Gesamtgewicht eines Bauteils um 30 bis 40 Prozent reduzieren. Die Gewichtsreduzierung bringt zahlreiche weitere Vorteile mit sich, wie beispielsweise niedrigere Betriebskosten, geringere Treibhausgasemissionen und eine höhere Kraftstoffeffizienz. Der Einsatz von Verbundwerkstoffen reduziert das Gewicht zusätzlich, da durch die Komponentenintegration auf Verbindungselemente verzichtet werden kann.
Verbundwerkstoffe bieten Bootsbauern zudem mehr Gestaltungsfreiheit und ermöglichen die Herstellung komplexer Teile. Zudem sind die Lebenszykluskosten von Verbundwerkstoffkomponenten im Vergleich zu Konkurrenzmaterialien deutlich niedriger, da die Wartungskosten geringer sind und die Installations- und Montagekosten aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit ebenfalls niedriger sind. Kein Wunder also, dass Verbundwerkstoffe bei Bootsherstellern und Tier-1-Zulieferern immer beliebter werden.
Marine-Verbundwerkstoff
Trotz der Mängel von Verbundwerkstoffen sind viele Werften und Tier-1-Zulieferer nach wie vor davon überzeugt, dass in Marineyachten mehr Verbundwerkstoffe zum Einsatz kommen werden.
Während bei größeren Booten voraussichtlich modernere Verbundwerkstoffe wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zum Einsatz kommen werden, werden kleinere Boote die Haupttreiber der Gesamtnachfrage nach Schiffsverbundwerkstoffen sein. So werden beispielsweise bei vielen neuen Yachten und Katamaranen moderne Verbundwerkstoffe wie Kohlefaser/Epoxid und Polyurethanschaum zur Herstellung von Rümpfen, Kielen, Decks, Heckspiegeln, Takelagen, Schotten, Stringern und Masten verwendet. Diese Superyachten oder Katamarane machen jedoch nur einen kleinen Teil der Gesamtnachfrage nach Booten aus.
Trotz der Mängel von Verbundwerkstoffen sind viele Werften und Tier-1-Zulieferer nach wie vor davon überzeugt, dass in Marineyachten mehr Verbundwerkstoffe zum Einsatz kommen werden.
Während bei größeren Booten voraussichtlich modernere Verbundwerkstoffe wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zum Einsatz kommen werden, werden kleinere Boote die Haupttreiber der Gesamtnachfrage nach Schiffsverbundwerkstoffen sein. So werden beispielsweise bei vielen neuen Yachten und Katamaranen moderne Verbundwerkstoffe wie Kohlefaser/Epoxid und Polyurethanschaum zur Herstellung von Rümpfen, Kielen, Decks, Heckspiegeln, Takelagen, Schotten, Stringern und Masten verwendet. Diese Superyachten oder Katamarane machen jedoch nur einen kleinen Teil der Gesamtnachfrage nach Booten aus.
Die Gesamtnachfrage nach Booten umfasst Motorboote (Innenbord-, Außenbord- und Heckantrieb), Jetboote, private Wasserfahrzeuge und Segelboote (Yachten).
Die Preise für Verbundwerkstoffe werden steigen, da die Preise für Glasfasern, Duroplaste und thermoplastische Harze mit den Rohölpreisen und anderen Inputkosten steigen. Die Preise für Kohlefasern dürften jedoch aufgrund erhöhter Produktionskapazitäten und der Entwicklung alternativer Ausgangsstoffe in naher Zukunft sinken. Die Auswirkungen auf die Preise für Schiffsverbundwerkstoffe werden jedoch insgesamt gering sein, da kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe nur einen kleinen Teil der Nachfrage nach Schiffsverbundwerkstoffen ausmachen.
Andererseits sind Glasfasern nach wie vor die wichtigsten Fasermaterialien für Marine-Verbundwerkstoffe und ungesättigte Polyester und Vinylester die wichtigsten Polymermaterialien. Polyvinylchlorid (PVC) wird auch weiterhin einen großen Anteil am Schaumkernmarkt haben.
Laut Statistik machen glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe (GFK) mehr als 80 % der Gesamtnachfrage nach Verbundwerkstoffen für den Schiffsbau aus, während Schaumkernmaterialien 15 % ausmachen. Der Rest sind kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, die hauptsächlich in großen Booten und kritischen Aufprallanwendungen in Nischenmärkten eingesetzt werden.
Auch der wachsende Markt für Marine-Verbundwerkstoffe verzeichnet einen Trend zu neuen Materialien und Technologien. Anbieter von Marine-Verbundwerkstoffen sind auf der Suche nach Innovationen und führen neue Bioharze, Naturfasern, emissionsarme Polyester, Niederdruck-Prepregs, Kerne und Glasfasergewebe ein. Dabei geht es vor allem darum, die Recyclingfähigkeit und Erneuerbarkeit zu erhöhen, den Styrolgehalt zu reduzieren und die Verarbeitbarkeit und Oberflächenqualität zu verbessern.
Beitragszeit: 05. Mai 2022
