Glasiger Leichtbau Mehr Durchhaltevermögen für Rohr und Tank

Autor / Redakteur: Birgit Förster / Peter Königsreuther

Der Leichtbau kommt ohne faserverstärkte Kunststoffe (FVK) respektive Composites nicht mehr aus, stellt die AVK fest. Allerdings könnten sie noch mehr, als Ressourcen sparen.

Firma zum Thema

Rohre, aber auch Tanks und diverse andere Komponenten können aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) langlebiger und nachhaltiger gefertigt werden, sagt die Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe (AVK). Lesen Sie hier, warum das so ist.
Rohre, aber auch Tanks und diverse andere Komponenten können aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) langlebiger und nachhaltiger gefertigt werden, sagt die Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe (AVK). Lesen Sie hier, warum das so ist.
(Bild: S. Wieser)

Außer mit ihrer geringen Dichte und der Möglichkeit zur lastgerechten Konstruktion verfügen Composites auch über ein nicht zu verachtendes Eigenschaftsportfolio. Das Bild unten zeigt prinzipiell einige der Vorteile, die speziell glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) im spezifischen Anwendungsfeld bieten. Einige der hier dargestellten Eigenschaften haben es ermöglicht, dass Composites bereits vor über 50 Jahren ein Anwendungsfeld erobert haben, das im wahrsten Sinne des Wortes der Öffentlichkeit verborgen geblieben ist. Es betrifft den Bereich des Rohr-,Tank- und Anlagenbaus.

Schaubild über die herausragenden Eigenschaften von GFK-Bauteilen.
Schaubild über die herausragenden Eigenschaften von GFK-Bauteilen.
(Bild: AVK)

Viele der Produkte, die sich in diesem Segment finden, sind nämlich entweder unter der Erde oder befinden sich in geschlossenen Anlagen respektive Systemen. Oder die Materialien sind nicht so einfach als Composites zu erkennen. Speziell GFK ist hier aber ein fest etabliertes Material, mit im Vergleich zu herkömmlichen Werkstoffen hervorragend dafür geeigneten Eigenschaften. Deutlich werden die Pluspunkte, wenn man spezifische Beispiele genauer unter die Lupe nimmt, sagt die AVK.

GFK-Komponenten halten auch widrigste Umstände lange aus

Das untere Bild zeigt Quecksilberabsorptionstürme (sogenannte Scrubber) für eine Zinkhütte, die zwischen 1992 und 2001 in Spanien installiert wurden. Als Material wurde ein Epoxy-Vinylester-Harz mit Glasverstärkung gewählt. Die Anlagen messen 5,5 Meter × 35 Meter. Während des Betriebes sind die Türme Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxid-Dämpfen ausgesetzt, betont die AVK. Als Waschflüssigkeit wird Natriumthiocyanat eingesetzt. Die Betriebstemperatur beträgt 40 °C. Das schaffe ein Umfeld, welches durch extreme Herausforderungen gekennzeichnet ist. Aber die GFK-Türme halten das aus.

Epoxid-Vinylester-Harze und Glasfasern sind die Bestandteile dieser Quecksilberabsorptionstürme für eine Zinkhütte, die in Spanien steht. GFK hält den widrigen Umständen im Inneren sicher stand, heißt es.
Epoxid-Vinylester-Harze und Glasfasern sind die Bestandteile dieser Quecksilberabsorptionstürme für eine Zinkhütte, die in Spanien steht. GFK hält den widrigen Umständen im Inneren sicher stand, heißt es.
(Bild: Ashland / Derakane)

Im Jahr 2015 wurden die Anlage grundlegend geprüft. Das Ergebnis war, dass auch nach 23 Jahren bei keinem der insgesamt sechs eingesetzten Scrubber ein Problem vorlag. Und Schwefelsäure ist als eine der stärksten Säuren bekannt, erinnert die AVK. Sie dient beispielsweise als Trockenmittel oder Katalysator.

Das folgende Beispiel (siehe nächstes Bild) zeigt ein Rohrleitungssystem, das seit 1972 in Quebec (Kanada) in Betrieb ist. Das System dient zum Transport von Elektrolyt (Schwefelsäure 10- bis 12-prozentig). Der Auslegungsdruck beträgt 10 bar (150 psi) und die Betriebstemperatur liegt bei 55 °C.

Weitere Komponenten im schwierigen Umfeld, die aus langlebigem und strapazierfähigem GFK bestehen. Es sind Rohrleitungen, die Schwefelsäure ausgesetzt sind und damit kein Problem haben, wie Tests beweisen.
Weitere Komponenten im schwierigen Umfeld, die aus langlebigem und strapazierfähigem GFK bestehen. Es sind Rohrleitungen, die Schwefelsäure ausgesetzt sind und damit kein Problem haben, wie Tests beweisen.
(Bild: Ashland / Derakane)

Trotz der garstigen Betriebsumgebung und des stark korrosiven Umfeldes zeigten die doppelwandigen Rohre (PVC/GFK) bei der letzten Prüfung keinen Grund zur Beanstandung. Im Strukturbereich des Rohres kam erneut ein Epoxy-Vinylester-Harz mit Glasverstärkung zum Einsatz.

Die hier vorgestellten Beispiele solle klar machen, dass GFK mehr sind als „nur“ ein Leichtbaumaterial. Die Langlebigkeit des Werkstoffs soll hier ebenso bewiesen werden, wie seine Wartungsfreiheit. Die hier dargestellten Anlagen werden zwar natürlich entsprechend gewartet und hinsichtlich ihrer Funktionalität geprüft, ein kontinuierlicher Eingriff von außen ist aber nicht nötig. Auch entsprechenden Betriebs- und Umgebungstemperaturen ausgesetzt, zeigt sich GFK als sehr widerstandsfähig. Vorteilhaft ist auch, dass die Materialien sowohl thermisch als auch elektrisch isolieren.

Nachhaltige Polyesterharz-Matrix aus alten PET-Flaschen

Jedes eingesparte Wartungsintervall und vor allem auch die langen Standzeiten wirkten sich bei den obigen Beispielen positiv aus. Eventuelle Mehrkosten rechneten sich aufgrund der genannten Faktoren ebenfalls schnell, sagt die AVK. Nicht zuletzt zeigen sich auch in diesem Werkstoffbereich neue Ansätze zum Recycling respektive zur Schonung von natürlichen Ressourcen, wie das folgende Beispiel zeigt.

Ineos Composites beispielsweise stellte kürzlich ein Konzept vor, durch das ungesättigte Polyesterharze (ein zentraler Grundstoff vieler Composite-Bauteile) zumindest anteilig aus dem Recycling von PET-Flaschen gewonnen werden kann. Die Verwendung von recyceltem PET (r-PET) schont natürliche Ressourcen und spart Energie im Produktionsprozess. Auch führt es zu geringen Treibhausgas-Emissionen und spart den Einsatz von Chemikalien. Hier das Prinzip der Idee:

Und Ineos Composites hat herausgefunden, wie man aus altgedienten PET-Flaschen das Matrixharz Polyester herstellen kann. Damit können die Verstärkungsfasern durchtränkt werden, um dann aus dem Faser-Harz-Verbund ein robustes Composite-Bauteil zu konsolidieren.
Und Ineos Composites hat herausgefunden, wie man aus altgedienten PET-Flaschen das Matrixharz Polyester herstellen kann. Damit können die Verstärkungsfasern durchtränkt werden, um dann aus dem Faser-Harz-Verbund ein robustes Composite-Bauteil zu konsolidieren.
(Bild: Ineos)

In jedem Fass, des von Ineos recycelten Harzes auf PET-Basis (220 Kilogramm), stecken im Durchschnitt 1.800 wiederverwertete PET-Flaschen und das bei sehr guter Materialperformance. Nutzbar ist das Material auch für die Rohr- und Tankfertigung, sagt die AVK. Dieser Erfolg soll verdeutlichen, dass Composites auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit keinen Vergleich zu anderen Materialien zu scheuen bräuchten.

(ID:47551854)