Licht en slank heeft de toekomst. Toepassing van kunststoffen en composieten op marineschepen heeft veel voordelen, stelt dr. ir. Cornelis van ’t Hof, werkzaam bij TNO Defensie en Veiligheid in Rijswijk. „We streven ernaar dat schepen met een kunststof bovenbouw 30 tot 40 procent minder wegen.”

Het schip zou daardoor toekunnen met een kleinere en zuiniger aandrijving of een hogere snelheid kunnen halen. Het kan bij hetzelfde brandstofverbruik meer meenemen of verder varen of juist brandstof besparen.

Een schip heeft op volle zee door golfslag de neiging om over de hele lengte uit te rekken en te krimpen. Vermoeiingsverschijnselen op het scheepsdek, zoals haarscheurtjes in het staal, zijn daardoor niet denkbeeldig, omdat een stalen bovendek voortdurend mee moet rekken en krimpen.

„Het stalen bovendek van de huidige marineschepen, zoals dat van de hypermoderne LCF-fregatten, is om die reden opgedeeld in een aantal eilanden die niet stijf met elkaar zijn verbonden. Bewegingen van het schip veroorzaken daardoor veel minder gauw metaalmoeheid door rek en krimp”, vult zijn collega ing. André van Erkel, constructiedeskundige en teamleider bij TNO, aan.

Een kunststof bovendek zou dit probleem kunnen verhelpen, omdat het materiaal tien keer flexibeler is dan staal, denkt Van ’t Hof.

„Bovendien is een composieten bovenbouw minder gevoelig voor corrosie. Op een marineschip is het continu schuren en schilderen in de strijd tegen roest. Een composiet is in theorie onderhoudsvrij, maar dan moet je wel de juiste materiaalsoort kiezen. Sommige nemen namelijk gemakkelijk water op en dat wil je op een marineschip juist niet. Dat zou onder meer problemen opleveren bij vorst.”

Een stalen marineschip zonder isolatie is ijzig koud en niet brandbestendig, aldus Van ’t Hof. Bij toepassing van composieten zou thermische en brandisolatie achterwege kunnen blijven, omdat de kunststoffen de warmte niet goed geleiden.

Ook is het materiaal niet magnetisch. Mijnenvegers zijn daarom al dertig jaar volledig van composiet gebouwd. Magnetische mijnen ontploffen niet wanneer de schepen ze naderen.

De composieten hebben daarnaast de eigenschap dat ze elektromagnetische straling, zoals radargolven, gewoon doorlaten. Deze weerkaatsen dan op de stalen constructies in het schip, zoals een gasgenerator, een raketsilo of de bril van de scheepscommandant.

„En dat wil je niet”, betoogt Van ’t Hof. Daarom is het composiet voorzien van ”mesh”, een soort gaasconstructie van koperdraad, waar de vijandelijke radar niet doorheen kan kijken, maar de eigen radar wel. „Je kunt het schip daardoor stealthy eigenschappen meegeven, waardoor het onzichtbaar is voor een vijandelijke radar.”

Naast de vele voordelen kent het composiet twee belangrijke nadelen. Het materiaal is relatief bros en slecht bestand tegen hoge temperaturen. Zo is het gevoelig voor de inslag van scherven, merkte Van Erkel tijdens ballistische proeven.

Daarnaast is het erg lastig om met het materiaal een lichtgewichtconstructie te ontwerpen die de grote luchtdruk van een explosie kan weerstaan. Staal kan dat wel, verzekert Van Erkel. „Toch is ook met een composiet wel een goede explosiebestendige constructie te maken, maar dat levert nogal wat technische problemen op.”

Hoge luchtdruk kan op composieten marineschepen al optreden door de inslag van relatief kleine raketten, benadrukt Van Erkel. „Een voorbeeld hiervan is de Israëlische INS Hanit, een schip dat in 2006 ernstig beschadigd werd door een kleine raket die vanuit Libanon werd afgeschoten.”

De materiaaldeskundige weet ook dat de Nederlandse mijnenvegers relatief vaak voor reparatie aan de wal liggen, omdat een aanvaring de kunststof romp van het schip snel beschadigt. „Het materiaal is lastig te repareren. Je last er niet eenvoudig een stuk plaatmateriaal overheen.”

Daarnaast verweken vaak toegepaste polymeerharsen al bij een temperatuur van 100 graden Celsius, vult Van ’t Hof aan. „Soms is de tropische zon zelfs al krachtig genoeg om deze temperaturen te bereiken. Ze kunnen dan onder geringe druk als een plumpudding in elkaar zakken. De toegepaste harssoort moet daarom bestand zijn tegen hoge temperaturen.”

Ook moet het composiet intrinsiek veilig zijn bij brand, aldus Van ’t Hof. „Het materiaal moet slecht brandbaar zijn. Het mag bij brand niet veel rook produceren, en zeker geen giftige dampen. Dat zou gevaar kunnen opleveren voor de gezondheid van de bemanning.”

Veel landen gebruiken in hun composietconstructies in de modernste marineschepen nog steeds het natuurproduct balsahout. Van Erkel: „Het is nog niet zo eenvoudig om een synthetisch materiaal te vinden dat dezelfde eigenschappen heeft voor een lage prijs.”

Hij verwacht dat de opvolger van het multipurpose (M-)fregat met kunststof bovendek nog wel tien jaar op zich laat wachten. „Defensie is nu nog met de eerste verkenningen bezig”, weet hij.

Daarmee loopt Nederland niet veel achter op de Amerikanen. „In hun nieuwe DDX-destroyer zal een composiet bovenbouw toegepast worden, maar het duurt nog wel even voordat het schip er is”, vermoedt Van Erkel.

Ook de Zweden zijn vooruitstrevend met hun volledig uit kunststof gebouwde korvetten van de Visbyklasse. Bovendien overwegen de Zweden de bouw van een heus fregat waarvan romp en bovendek zijn opgetrokken uit composieten.

Composiet

Een composiet is een materiaal dat is opgebouwd uit een weefsel van kunststof- of glasvezels en een polymeer hars, de matrix. De vezels zorgen voor de stevigheid en de matrix, een kunststof zoals polyester of epoxy, houdt de vezels bij elkaar. Dat maakt het materiaal licht, flexibel en sterk.

De bekendste vezels zijn glas, aramide (twaron, kevlar en dyneema) en koolstofvezel (carbon).

Een composiet sandwichconstructie bestaat uit twee platen met daartussen een kern van schuim of balsahout.

Glasvezelversterkte constructies zijn vooral in gebruik voor rompen van jachten en voor sportartikelen. Ook bijvoorbeeld opslagsilo’s voor veevoer en printplaten voor elektronische schakelingen worden vaak van glasvezel gemaakt.