Przemysł jachtowy od lat dynamicznie się rozwija, a jednym z kluczowych obszarów innowacji jest wykorzystanie nowoczesnych materiałów kompozytowych. Współczesne technologie pozwalają na budowę lżejszych, wytrzymalszych i bardziej ekologicznych jednostek pływających.
Postępy technologiczne w zakresie nowych materiałów stosowanych jako zbrojenia, ekologicznych żywic i innowacji w zakresie konstrukcji form wprowadzają rynek kompozytów na znacznie wyższy poziom, dając tym samym szerokie spektrum możliwości w zakresie projektowania jednostek pływających. Dzisiejsze podejście do wytwarzania kompozytów w przemyśle jachtowym nie zawęża się do powstania konstrukcyjnej „bryły”, ale pozwala na opracowanie jednostek pływających dopracowanych pod każdym względem w aspekcie wizualnym i designerskim.
Włókna węglowe to jeden z najbardziej zaawansowanych materiałów stosowanych w budowie jachtów. Charakteryzują się wyjątkową wytrzymałością na rozciąganie, zginanie oraz niską masą, co czyni je idealnym wyborem do produkcji kadłubów, masztów i innych elementów konstrukcyjnych. Dzięki swojej strukturze zapewniają doskonałą sztywność i odporność na zmienne warunki atmosferyczne. Dodatkowo włókno węglowe jest tkaniną charakteryzującą się nie tylko wysokimi parametrami wytrzymałościowymi, ale i wyglądem, który może być wykorzystany jako atut w aspekcie projektowania. Tzw. carbon look znajduje zastosowanie nie tylko w motoryzacji, ale również w konstrukcji jednostek pływających. Przykładem może być 2,4 m jacht żaglowy projektu Richarda Tweedla (Rys. 1, 2), w którym do kadłuba standardowo laminowanego ręcznie z wykorzystaniem maty szklanej, wierzchnią warstwę wykonano z tkaniny węglowej, tzw. Spread Tow [1, 2]. Tkaniny te występują w gramaturach 60–160 g/m2 (Rys. 3), przez co ich zastosowanie nie wpływa znacząco na zwiększenie wagi jednostki, poprawiając za to estetykę jej wykończenia.
Technologie produkcji tkanin węglowych poszły jeszcze o krok dalej, umożliwiając produkcję tkanin żakardowych (Rys. 4), które z założenia mają być zastosowane jako poprawiające estetykę elementów konstrukcyjnych jednostki, od kadłuba po kokpity [2]. Ich różnorodność oraz wzornictwo pozwala na wyprodukowanie jednostki pływającej, która nie tylko będzie spełniała funkcję rekreacyjną, ale również będzie się wyróżniać wizualnie.
Hybrydowe tkaniny węglowo-aramidowe to innowacyjne rozwiązanie, które łączy właściwości wytrzymałościowe obu włókien, jednocześnie oferując atrakcyjny wygląd (Rys. 5). Mogą być stosowane nie tylko w elementach konstrukcyjnych jachtów, ale także w elementach dekoracyjnych, takich jak panele wnętrz, kokpity czy pokrycia masztów. Dzięki połączeniu dwóch materiałów tkaniny te są odporniejsze na uderzenia, a ich unikalny wzór nadaje jachtom nowoczesny i luksusowy wygląd.
Przykładem zastosowania tej tkaniny w przemyśle jachtowym jest projekt POWERboat (Rys. 6) Międzywydziałowego Koła Naukowego PUT Powertrain z Politechniki Poznańskiej [3], realizowany we współpracy z m.in. Lamdo Yachts [4], Green Dream Boats [5], a także OEL Composites [2].
Bazalt to naturalny materiał pochodzenia wulkanicznego, który może być przetwarzany na wytrzymałe włókna stosowane w kompozytach. Tkaniny bazaltowe cechują się doskonałą odpornością na wysokie temperatury, korozję i chemikalia, co czyni je atrakcyjną alternatywą dla włókien szklanych i węglowych [7]. Charakteryzują się one wyższymi parametrami wytrzymałościowymi od włókien szklanych, nieco mniejszymi od włókien węglowych [8]. Jednak czynnikiem wpływającym na ich wybór jest fakt, że są bardziej przyjazne dla środowiska niż tradycyjne materiały syntetyczne. Tkaniny bazaltowe znajdują coraz szersze zastosowanie w przemyśle jachtowym (Rys. 7), również za sprawą korzystnej ceny w połączeniu z wyglądem [2] oraz parametrami wytrzymałościowymi [9]. Ich dostępność jako tkanin zbrojeniowych jest coraz większa, od tkanin jednokierunkowych po czterokierunkowe, przez co mogą mieć zastosowanie nie tylko dekoracyjne, ale i konstrukcyjne (Rys. 8).
Biorąc pod uwagę aspekt ekologiczny tkanin do produkcji kompozytów, na szczycie są tkaniny lniane, które zyskują na popularności jako ekologiczna alternatywa dla tradycyjnych kompozytów. Włókna lniane charakteryzują się dobrym stosunkiem wytrzymałości do masy oraz naturalnym pochodzeniem, co sprawia, że są przyjazne dla środowiska. Wykorzystuje się je w połączeniu z nowoczesnymi żywicami, aby uzyskać lekkie i wytrzymałe konstrukcje o niskim śladzie węglowym. Od wielu lat konstruktorzy jachtów wyszukują i wykorzystują naturalne kompozyty, początkowo w elementach wewnętrznych, takich jak podsufitki, meble, ściany czy drzwi, a w ostatnim czasie także w konstrukcjach nośnych.
Jednym z pionierów w tej dziedzinie jest Friedrich Deimann. Wraz ze swoim zespołem Green Boats [10] zdobył uznanie w branży dzięki zaangażowaniu w zrównoważoną produkcję łodzi. Ich jednostki są przyjazne środowisku nie tylko pod względem konstrukcji, ale także w całym cyklu życia. W 2017 roku Friedrich i jego projekt GreenBente24 zostali nagrodzeni prestiżową Ocean Tribute Awards podczas konferencji Biocomposites w Kolonii. GreenBente24 cechuje się wagą i sztywnością porównywalną do standardowych jednostek, a jednocześnie redukuje ślad węglowy o 80%, nadaje się do recyklingu termicznego i zapewnia wyjątkowo przyjazny mikroklimat we wnętrzu. Na targach Düsseldorf Boat Show 2019 Green Boats zaprezentowało projekt Flax27 – ekologiczny daysailer (Rys. 9, 10). Jacht został zbudowany z kompozytu na bazie włókien lnianych i zielonej żywicy epoksydowej pozyskanej z oleju roślinnego, z wykorzystaniem rdzenia z recyklingowanego PET. Pokład wykonano z portugalskiego korka pochodzącego z odpadów poprodukcyjnych [11].
Dzięki tym innowacjom Friedrich Deimann i Green Boats wyznaczają nowy kierunek w budowie łodzi, łącząc nowoczesne technologie z troską o środowisko, co pokazuje, iż możliwe jest zrównoważone projektowanie jednostek pływających z zastosowaniem ekologicznych materiałów. Aspektem, który dodatkowo czyni ten materiał korzystnym, jest z pewnością wzornictwo, kolory i wygląd. Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów tkanin lnianych (Rys. 11), produkowane już są nawet lniane maty (Rys. 12), co pozwala na rozważenie zastąpienia standardowych tkanin syntetycznych tymi ekologicznymi.
Coraz większe znaczenie w przemyśle jachtowym ma druk 3D, szczególnie w zakresie produkcji form oraz komponentów kompozytowych, znacząco wpływając na przyspieszenie procesu wytwarzania (Rys. 13, 14). Technologia ta pozwala na szybkie prototypowanie oraz precyzyjne tworzenie skomplikowanych struktur, które mogą być następnie wykorzystywane w procesach infuzji lub obróbki autoklawowej [13].
Nowoczesne materiały i technologie kompozytowe odgrywają kluczową rolę w przemyśle jachtowym, przyczyniając się do budowy coraz bardziej zaawansowanych, wytrzymałych i ekologicznych jednostek. Wykorzystanie włókien węglowych, aramidowych i szklanych w połączeniu z zaawansowanymi metodami produkcji, takimi jak infuzja żywicy czy druk 3D, pozwala na optymalizację konstrukcji jachtów pod względem masy i wytrzymałości. Dodatkowo rosnące zainteresowanie bio-kompozytami, tkaninami lnianymi, bazaltowymi oraz ekologicznymi żywicami wskazuje na dalszy rozwój w kierunku zrównoważonej produkcji. Dzięki tym innowacjom przyszłość z pewnością staje się coraz bardziej zaawansowana i ekologiczna.
dr inż. Katarzyna Panasiuk
Uniwersytet Morski w Gdyni
Bibliografia:
- https://www.easycomposites.co.uk/richard-tweedle-sailing-boat-build
- https://oel-composites.com/
- https://power.put.poznan.pl/
- https://www.lamdoyachts.com/en-gb
- https://www.instagram.com/putpowertrain/
- https://greendreamboats.com/
- https://polskibazalt.pl/tkaniny-bazaltowe/
- Yao, Y., Cui, J., Wang, S. et al. Comparison of Tensile Properties of Carbon Fiber, Basalt Fiber and Hybrid Fiber Reinforced Composites Under Various Strain Rates. Appl Compos Mater 29, 1147–1165 (2022). https://doi.org/10.1007/s10443-022-10012-9
- https://www.windelo-catamaran.com/en/
- https://www.green-boats.de/
- https://www.nautechnews.it/2020/02/19/flax27-a-green-boat/
- https://www.easycomposites.co.uk/
- https://www.compositesworld.com/articles/using-3d-printing-for-composite-molds-and-tools-the-trend-continues-
- https://www.easycomposites.co.uk/learning/carbon-fibre-part-from-3d-printed-mould
