Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Innovativer Flammschutz für Carbon-Faserverstärkte Kunststoffe

Das Vorhaben richtet sich auf die Entwicklung und Anwendung eines innovativen, umweltfreundlichen Flammschutzkonzeptes für EP-basierte CFK. Mit der Lösung werden die Erfüllung der Klassifikation UL94-V0 sowie der für Schienenfahrzeuge gültigen Brandschutznorm EN45545 angestrebt.

Durch Kombination kommerziell verfügbarer, P-haltiger FSM mit einer zweiten, neuartigen anorganischen, nanoskaligen Komponente wird eine synergistische Wirkung erzielt, so dass die für einen effizienten Flammschutz notwendige Menge an Zusätzen gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden kann. Durch die Ausbildung einer glasartigen Barriereschicht auf den CF im Brandfall wird der Gas-Austausch aktiv unterbunden und der oxidative Abbau und die Freisetzung lungengängiger Mikrofasern verzögert. Damit wird dem Verlust mechanischer Eigenschaften des CFK-Bauteiles durch hohe Additivmengen und dem thermisch bedingten Strukturverlust der CF entgegengewirkt. Die FSM werden in EP-Harz ein- und zu CFK-Bauteilen verarbeitet. Das erfolgt derzeit über das Prepreg-Verfahren, da im Resin-Transfer-Molding-Verfahren Additive mit >2μm Partikelgröße entlang der Fasern filtriert werden und eine Anwendung somit begrenzen. Die systematische Untersuchung des Einflusses nanoskaliger bzw. sich in-situ bildender FSM-Additive auf die RTM-Verarbeitung sowie die Korrelation der erzielten mechanischen Kennwerte und des Brandverhaltens bilden die Basis für den Einsatz des neuen Flammschutzkonzeptes im wirtschaftlichen RTM-Verfahren.

Verbesserte Flammfestigkeit und die Verhinderung der Freisetzung lungengängiger Mikrofasern sind wichtige Voraussetzungen für die Verwendung von CFK-Bauteilen in immer breiteren Anwendungen in verschiedensten Branchen, die sich in der Zusammensetzung des PA widerspiegeln. Den größten Nutzen bei Umsetzung der Ergebnisse erziehen KMU, die durch Bereitstellung und Ausrüstung der Textilien sowie die Herstellung CFK-Bauteilen ihre Marktposition als Zulieferer der Großindustrie festigen.

Ergebniszusammenfassung:

Innerhalb des Projektes wurde die Entwicklung und Anwendung eines innovativen, umweltfreundlichen Flammschutzkonzeptes für EP-basierte CFK untersucht. Mit den Lösungen wurden die Erfüllung der Klassifikation UL94-V0 sowie die für Schienenfahrzeuge gültige Brandschutznorm EN45545 angestrebt.

Durch die Kombination von kommerziell verfügbaren P-halten FSM mit einer zweiten anorganischen, nanoskaligen Komponente, konnten innerhalb von drei Rezepturen ein effizienter Flammschutz mit einer deutlichen Reduktion der notwendigen Zusätze gegenüber dem Stand der Technik realisiert werden. Durch die Ausbildung einer glasartigen Barriereschicht, z. T. gekoppelt mit Brandschutzeffekten innerhalb der Gasphase, wurde der Abbau der CF im brandfall reduziert und so die Freisetzung lungengängiger Mikrofasern verzögert. Durch die Reduktion der Additivmengen sowie der Verwendung nanoskaliger Komponenten konnte eine Reduktion der mechanischen Eigenschaften reduziert werden oder, abhängig von der gewählten Rezeptur, eine Verbesserung der Eigenschaften erzielt werden.

Innerhalb des Projektes wurden Rezepturen Entwickelt, die eine Verwendung der RTM-Technik ermöglichen. Dabei konnte durch die hohe Verträglichkeit der Additive zur Matrix und nanoskaligen Partikel Filtrationseffekte verhindert werden. Diese Kombination von wirtschaftlicher Technologie und geringen Kosten der Mischungen (ca. 15 Euro/kg) ermöglichen einen schnellen Transfer der Ergebnisse und wirtschaftliche Akzeptanz, welcher durch das hohe Interesse der Wirtschaft an den Ergebnissen, auch aus dem PA, dargestellt wird.