AntiStatic I Antistatische Composite-Leitungssysteme: Effizientes und kostengünstiges Fertigungsverfahren für diverse Anwendungen

Antistatische Composite-Leitungssysteme finden bereits Anwendung im Fluidtransport in Bereichen, in denen die Korrosion und das Gewicht metallischer Rohrleitungen ein Ausschlusskriterium darstellen und zudem eine Vermeidung elektrischer Aufladung erforderlich ist. Das derzeit eingesetzte Wickelverfahren ist auf die Fertigung gerader Rohrabschnitte beschränkt und bietet keine Möglichkeiten zur Skalierung. Daraus resultieren eine eingeschränkte Designfreiheit sowie hohe Produktionskosten, die die Anwendung auf einige wenige Branchen begrenzen. Durch eine Kombination der bewährten Einzeltechnologien, Flechtpultrusion für gerade und Flecht-RTM für gebogene Rohrabschnitte, können die genannten Nachteile in AntiStatic effektiv überwunden werden. Abbildung 1 zeigt den schematischen Aufbau der aktuell eingesetzten und der in AntiStatic entwickelten Technologie.

Um das volle Potential der neuen Technologien auszuschöpfen, wird eine Lebenszyklus- und Kostenanalyse durchgeführt. Diese dient der ökologischen und ökonomischen Bilanzierung der Gesamtprozesskette sowie der Identifikation von Optimierungsmöglichkeiten.

Aufgabe des Fraunhofer IGCVs ist die Entwicklung eines Flechtpultrusionsprozesses zur Herstellung der geraden Abschnitte des antistatischen Rohrleitungssystems sowie das Life-Cycle-Assessment in der Produktionsphase.

Die Flechtpultrusion (siehe Abbildung 2) ermöglicht eine kontinuierliche sowie kosten- und ressourceneffiziente Herstellung von Bauteilen, bei denen eine Verstärkung abweichend von der Abzugsrichtung gefordert wird.

Für einen Einsatz in der Luftfahrt müssen die Composite-Rohre (siehe Abbildung 3) gewisse Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit erfüllen. So muss diese einerseits niedrig genug sein, um das Brandrisiko im Falle eines Blitzeinschlages zu verhindern und andererseits hoch genug sein, um die Entstehung statischer Aufladungen im Rohr durch den Fluidtransport zu verhindern.

Die antistatischen Eigenschaften des Rohres können durch eine Modifikation des Harzsystems mit leitfähigen Füllstoffen erreicht werden. In AntiStatic wird die elektrische Leitfähigkeit durch Zugabe von MIRALON® pulp (Huntsman Advanced Materials) den Anforderungen entsprechend angepasst. Bei der Produktion von MIRALON® pulp wird das Treibhausgas Methan in Wasserstoff und eine kohlenstoffbasierte Struktur aufgespalten. Während der Wasserstoff als Treibstoff weiterverwendet werden kann, wird MIRALON® pulp als Füllstoff zur Verbesserung verschiedener Eigenschaften, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit eingesetzt.

Eine der größten Herausforderungen bei der Herstellung des Composite-Rohres stellt eine gleichmäßige Verteilung des Füllstoffes dar. Ziel ist es, trotz der anisotropen Faserarchitektur während des Herstellungsprozesses isotrope antistatische Eigenschaften zu erzielen. Antistatische Eigenschaften des Rohrleitungssystems sind besonders beim Transport hochenergetischer Fluide relevant, da hier bereits eine minimale Funkenbildung durch elektrostatische Entladungen zu Explosionen führen kann.

In AntiStatic wird ein zusammengesetztes Leitungssystem aus geraden und gebogenen Rohrabschnitten als Demonstrator hergestellt. Die Verbindung der Rohrabschnitte erfolgt über ein innovatives Rohrverbindungskonzept.