Erforschung eines energieeffizienten, ultraleichten, recycelbaren Faserverbundwerkstoffes aus Basaltfasern und Silikat-Aerogelen
01.07.2017 bis 30.06.2019
G E T A Gesellschaft für Entwicklung, Technik - Anwendung für Holz- und Kunststofferzeugnisse mbH
In den letzten Jahren hat das Streben nach einer grüneren Zukunft und einer Verringerung der Treibhausgasemissionen an Dynamik gewonnen und es wurden umfangreiche Forschungsarbeiten zur Suche nach alternativen Energiequellen und zur Verringerung des Energiebedarfs durchgeführt. Da Raumwärme weiterhin ein wesentlicher Bestandteil des Energieverbrauchs eines typischen Wohnhauses in Deutschland ist, sind neuartige Dämmtechnologien ein wichtiges Forschungsgebiet, um den Energiebedarf der Haushalte zu senken [1]. Derzeit werden in Wohngebäuden am häufigsten hybride Wärmedämmverbundsysteme aus synthetischen organischen Materialien wie Polystyrol oder Polyurethan mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,02 - 0,05 W/mK und einer faserverstärkten Putzdeckschicht eingesetzt. In höheren, mehrstöckigen Gebäuden werden oft Fassadenverkleidungen mit darunter liegenden synthetischen organischen Dämmplatten eingesetzt.
Diese Systeme bestehen derzeit aus nicht erneuerbaren Rohstoffen und die Ereignisse der Vergangenheit haben gezeigt, dass einige dieser Wärmedämmungssysteme eine wichtige Rolle bei katastrophalen Bränden spielen können. Eine hochisolierende, aber dennoch recycelbare Alternative für private und gewerbliche Anwendungen würde sich positiv auf die Treibhausgasemissionen und unsere Umwelt auswirken. Daher werden in dem "AeroBasalt" Projekt eine neuartige Form von Wärmedämmplatten aus basaltfaserverstärkten Silica Aerogelen erforscht.
Im Unteren Feld 10, 88239 Wangen im Allgäu
Dipl.-Ing. Robert Buhmann
13XP5039A
Teilvorhaben: Arbeiten zum Faserverbundwerkstoff bestehend aus Basalttextil und Aerogel-Matrix
Die Zusammenführung der Teilkomponenten beinhaltet die Erstellung des Aerogel-Rezepts, die Imprägnierung des von dem ITA gefertigten Basaltfasertextils und die Trocknung des imprägnierten Textils, um den Faserverbundwerkstoff zu erhalten. Diese im Teilvorhaben zu erarbeitenden Verfahrensschritte sind von entscheidender Bedeutung für den Projekterfolg. Hauptverantwortlich für die Dämmleistung im Materialverbund wird der Aerogel-Bestandteil mit seiner hohen Porosität sein. Bei der Rezeptentwicklung müssen die Eigenschaften des Aerogels sowohl in Form seiner Reaktionslösung für die Imprägnierung, als auch in Form des getrockneten Feststoffs beachtet werden, da sich die besonderen Dämmeigenschaften erst in der getrockneten Form manifestieren. Eine homogene Dämmleistung des Verbundprodukts ist somit nur gegeben, wenn das Aerogel gleichmäßig im Verbund verteilt ist. Daher muss das Imprägnier-Verfahren so gestaltet werden, dass das Textil vollständig von der Aerogel-Lösung durchdrungen wird. Da die besonders hohe Porosität des Aerogels sehr empfindlich vom Aushärtungsprozess abhängt, muss das Lösemittel unter präzise kontrollierten Trocknungsbedingungen entfernt werden.
Ziel ist es, Silikat-Aerogele und Basaltfasern zu einem innovativen Dämmsystem zusammenzubringen und die technische Machbarkeit nachzuweisen.
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Institut für Textiltechnik (ITA)
Otto-Blumenthal-Straße 1, 52074 Aachen
M.A.I Thilo Becker
thilo.becker(at)ita.rwth-aachen.de
13XP5039B
Teilvorhaben: Grundlagen zur Gestaltung von Basaltfasertextilien zur Verstärkung einer Aerogel-Matrix
Ziel des Teilvorhabens ist die Erforschung einer geeigneten faserbasierten Verstärkung, um die für den Einsatz notwendige Stabilität des Aerogels zu erzielen. Als textiles Verstärkungsmaterial sollen dabei Basaltfasern zum Einsatz kommen, da diese ebenfalls aus rein anorganischen Bestandteilen bestehen. Zudem wird Basaltgestein, der Ausgangsstoff zur Faserherstellung, aufgrund der jährlichen vulkanischen Genese als unerschöpflicher Rohstoff angesehen. Basaltfasern sind darüber hinaus unbrennbar und besitzen eine nur geringe Wärmeleitfähigkeit. Schließlich weisen Basaltfasern eine um ca. 15 % höhere Zugfestigkeit als Glasfasern auf.
Durch die Kombination von Silikat-Aerogelen und Basaltfasern ergibt sich somit also ein Werkstoffverbund, welcher hervorragende Materialeigenschaften für die Anwendung als nachhaltiges Dämmmaterial im Bauwesen aufweist. Die Kombination dieser Teilkomponenten in einem Verbundwerkstoff ist bisher jedoch nicht untersucht worden. Insbesondere die geringe Eigenstabilität des Aerogels stellt einen besonderen Anspruch dar. Im Rahmen des Teilvorhabens ist daher eine textile Tragstruktur zu untersuchen, mit der sich die spröde Aerogel-Matrix entsprechend der Anforderungen zum Einsatz als Dämmmaterial verstärken lässt. Neben der räumlichen Verteilung und Ausrichtung der Verstärkungsfasern ist vor allem eine ausreichende Faser-Matrix-Haftung von zentraler Bedeutung.
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