31.10.2014

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DSM: Druckfeste Kfz-Erdgastanks aus thermoplastischen Hochleistungscomposites

DSM hat durch die Kombination von zwei seiner Thermoplasttechnologien die Entwicklung von hochleistungsfähigen Druckbehältern ermöglicht. Diese eignen sich laut Unternehmen als gewichtsparende Kraftstofftanks für Fahrzeuge, die mit komprimiertem Erdgas (CNG) oder Wasserstoff betrieben werden. Mit Lösungen sowohl für den Liner (Innenhülle) als auch für Tapes (äußere Verstärkung) sei es DSM gelungen, das Tankgewicht um bis zu 70% zu verringern.

Ein traditioneller 40-Liter-Stahltank wiegt 60 kg, während ein vergleichbarer Verbundwerkstofftank vom "Typ IV" mit einem Liner aus Akulon® Fuel Lock das Gewicht bis auf 20 kg verringern kann. Jede Reduzierung des Fahrzeuggewichts um 10 kg senkt die CO2-Emissionen im Fahrbetrieb um ungefähr 1 g pro km.

Typ IV steht für Drucktanks auf der Basis von Kunststoff und Endlosfaserverstärkung - im Gegensatz zu Drucktanks der Typen I, II und III, die Metallkomponenten enthalten. Auf der Fakuma 2014 in Friedrichshafen hat DSM einen Tank mit blasgeformtem Liner aus Akulon Fuel Lock vorgestellt, einem PA6-basierten technischen Kunststoff mit sehr hoher Wasserkohlenstoffbarriere. Der Tank kann mit Tape aus duro- oder thermoplastischem Material umhüllt werden, wie beispielsweise biobasiertem "EcoPaXX" PA410 von DSM.

Liner-Material für CNG-Tanks
Akulon Fuel Lock enthält ein Additiv, das die an sich bereits hohe Gasbarriere von PA6 weiter verbessern und ihm außerdem eine äußerst hohe Kälteschlagzähigkeit (bis 60°C) verleihen soll. Die hohe Gaspermeation von HDPE-Linern verbietet laut DSM den Einbau von Verbundwerkstofftanks vom Typ IV mit derartigen Linern in Kraftfahrzeugen. Akulon Fuel Lock als Liner-Material jedoch reduziere die Emissionen im Vergleich zu HDPE um den Faktor 150, sodass dem Einsatz von Typ IV Verbundwerkstofftanks in Kraftfahrzeugen nichts mehr im Wege stehe.

Das Portfolio von Akulon Fuel Lock wurde um einen Materialtyp erweitert, der sich auch zum Blasformen von Linern großer Drucktanks für Schwerlastfahrzeuge wie Busse und Lastkraftwagen eignen soll. Die Fertigung von Blasformteilen aus PA6 sei aufgrund der relativ geringen Schmelzefestigkeit des Polymers meist recht schwierig. Das neue Material biete jedoch ausreichend Schmelzefestigkeit, um stabile Vorformlinge für Tanks mit Längen über 2 m und äußerst präzise kontrollierbaren Wanddicken herzustellen.

Tape-Material für CNG-Tanks
Bei aktuellen Druckbehältern vom Typ IV besteht das verstärkende Tape aus Glas- oder Kohlefasern in einem duroplastischen Polymer, wie Epoxidharz oder ungesättigtem Polyester. DSM ist auch aktiv an der Entwicklung der nächsten Generation von Typ V Druckbehältern beteiligt. Diese sollen mit einem von DSM entwickelten Tape umhüllt werden, das aus Endlosfasern in einem thermoplastischen Polymer besteht, wie EcoPaXX PA410 oder einem anderen Polyamid der Akulon-Familie.

Typ V Druckbehälter sollen rund 70% weniger als Stahltanks wiegen und können demnach noch leichter sein als Typ IV Druckbehälter. Sie seien haltbarer als Stahl, chemikalienbeständiger (keine Korrosion) und zudem komplett recycelbar. EcoPaXX bietet laut Hersteller den zusätzlichen Vorteil, dass es von der Erzeugung bis zur Nutzung eine neutrale CO2-Bilanz aufweist, da es vollständig aus erneuerbaren Rohstoffen gewonnen werde.

"Der von Covess zur Fertigung von Typ V Druckbehältern entwickelte Prozess gestattet es, Gewicht, Leistung und Wirtschaftlichkeit durch den Einsatz von Gas-, Kohle- oder sogar Hybridfasern optimal auszubalancieren", sagt Tony Vanswijgenhoven, Geschäftsführer von Covess, der als Experte für fortschrittliche thermoplastische Verbundwerkstofftanks für eine Vielzahl unterschiedlicher Einsatzbereiche eng mit DSM zusammenarbeitet. "Wofür auch immer Sie sich entscheiden, es wird in jedem Fall leichter sein als vergleichbare heutige Typ IV Tanks."

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