Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zum Brandverhalten von Kunststoffbahnenwaren

Kunstleder findet Anwendung im Bauwesen, im Verkehrswesen, im Wohn- und Objektbereich. Die Vielfalt der Normen zur Beurteilung der Entflammbarkeit und des Brandverhaltens ist je nach Einsatzzweck und Gesetzgebung des Einsatzortes enorm.

Das Ziel des Forschungsprojektes besteht darin, Zusammenhänge zwischen der Wirkungsweise der Flammschutzmittel und den verschiedenen Brandprüfkonzepten bei Materialverbunden wie Kunststoffbahnenwaren herauszuarbeiten sowie die für das Brandverhalten relevanten Einflussfaktoren zu ermitteln und zu quantifizieren. Dazu wird eine Methode erarbeitet, die die thermodynamische Beschreibung eines Brandes erlaubt und sich präventiv anwenden lässt. Zur Untersuchung der drei Aspekte Gasfreisetzung, Masseveränderung und Wärmefreisetzung sind Thermoanalysatoren sehr gut geeignet, wobei insbesondere die Kopplung verschiedener Systeme die Aussagekraft zu den Reaktionsmechanismen deutlich verbessert. Dadurch lassen sich Aussagen zu den Vorgängen vor dem Eintreten der eigentlichen Entzündung ableiten.

Das Forschungsvorhaben soll dazu beitragen, die Mechanismen der Entzündung von polymeren Verbundwerkstoffen und dabei auftretenden Wechselwirkungen mit den jeweiligen Flammschutzmitteln aufzuklären und die relevanten Randbedingungen zu definieren. Damit sollen die Voraussetzungen für die Entwicklung brandbeständiger Verbundwerkstoffe, die Vorhersage der Wirkung von Flammschutzmitteln, die Überprüfung der Aussagefähigkeit von brandschutzrelevanten Prüfmethoden und letztendlich die für die Ableitung erforderlicher Maßnahmen zur Vermeidung von Bränden geschaffen werden.

Mittelständische Hersteller von Kunststoffbahnenwaren erhalten mit den Ergebnissen die Möglichkeit die Materialeigenschaften zu verbessern und die optimalen flammhemmenden Eigenschaften ihrer Produkte ohne aufwändige Brandschutzprüfungen erstellen zu können und damit Entwicklungs- und Herstellungskosten zu reduzieren und so ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollten Zusammenhänge zwischen der Wirkungsweise der Flammschutzmittel (FSM) und den verschiedenen Brandprüfkonzepten bei flexiblen Verbundmaterialien herausgearbeitet werden. Dafür wurde ein umfangreiches Probenset bestehend aus vier verschiedenen Polyurethan Systemen (zwei High Solids, zwei wässrige Dispersionen) und sechs FSM erstellt. Die FSM wurden in zwei verschiedenen Konzentrationen eingesetzt (10 / 30 phr) und die Folien in kompakter bzw. geschäumter Form angefertigt. Zunächst wurden diese Modellfolien mit Brandprüfmethoden (horizontales Brennverhalten, LOI, Cone-Kalorimetrie) charakterisiert. Dabei stellte sich heraus, dass FSM enthaltende Folien überwiegend besser brennen. Dies galt für FSM verschiedenster Materialklassen und verschiedenster Wirkungsweisen. Zur Aufklärung dieser unerwarteten Ergebnisse wurden Thermoanalysesysteme verwendet. Dabei lieferten insbesondere die Thermogravimetrische Analyse (TGA) sowie die Analysemethode Elektrothermisches-Verdampfen-ICP-OES aussagekräftige Ergebnisse. Mit beiden Methoden wurde festgestellt, dass FSM erst nach dem Polymer zersetzt werden und somit keine Kühlung oder Radikalfänger-Reaktion stattfinden kann.

Weiterhin wurde festgestellt, dass Ergebnisse der Modellfolien nicht übertragbar auf das Brandverhalten von Verbundmaterialien sind. Die Verbunde mit FSM wiesen eine Brandhemmung auf. Einflussgrößen sind die Art des FSM sowie dessen Konzentration. Für die Charakterisierung des Brand- und Zersetzungsverhaltens wurden zahlreiche Methoden bei beiden Forschungseinrichtungen angewendet. Die Ergebnisse der Thermoanalysesysteme konnten nicht miteinander korreliert werden. Hingegen war eine Korrelation der Brandprüfmethoden gut möglich. Diese drei Methoden lieferten ähnliche Trends.

Zusammenfassend kann geschlussfolgert werden, dass im Rahmen des Projektes ein Beitrag zur Aufklärung der Wirkungsweise von FSM in dünnen, flexiblen Materialien geleistet wurde.