Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Flammwidrige, nachhaltige Verbundwerkstoffe für Transport- und Bauanwendungen

Verbundwerkstoffe, die aus Verstärkungsfasern und Polymermatrix bestehen, bieten im Vergleich zu konventionellen Materialien viele Vorteile wie Korrosionsbeständigkeiten, hohe Festigkeiten und Steifigkeiten, welche bei der späteren Bauteilauslegung einen Gewichtsvorteil ermöglichen. Um bestehende EU-Vorschriften im Transport- und Bauwesen zu erfüllen, sind hervorragende flammhemmende Eigenschaften dieser Materialien erforderlich. Das bedeutet, dass die Materialien schwer zu entzünden, beschränkt bis nicht qualmen und nicht brennend abtropfend sein sollten. Dies stellt für die Verbundwerkstoffhersteller aktuell eine große Herausforderung dar. Des Weiteren ist für diese Branchen der Einsatz von nachhaltigen oder rezyklierten Produkten von besonderem Interesse. Treiber ist hier meist der Kostenfaktor, welcher im Vergleich zu Primärmaterialien gesenkt werden kann.

Das Ziel des Projektes ist es, nachhaltige faserverstärkte Kunststoffe zu entwickeln, die die Anforderungen für den Transport- und Baubereich erfüllen können. Dies soll durch die Kombination von Vliesstoffen aus nachhaltigen Verstärkungsfasern, wie Basaltfasern, rezyklierten Carbonfasern und Naturfasern, mit Harzsystemen auf Basis von Benzoxazinen und bio-basierten Epoxidharzen mit flammhemmenden Additiven erreicht werden. Das Projekt SusComTrab hat sowohl die Hersteller von Verbundwerkstoffen und Harzen als auch die Textilindustrie als Zielgruppe. Auch OEMs, die im Transport- oder Bausektor tätig sind, können von den Ergebnissen dieses Projektes profitieren. Das Projektkonsortium besteht aus zwei Textilverbänden FKT (DE) und CENTEXBEL (BE). Die drei Forschungspartner CENTEXBEL (BE, Verband und Forschungsorganisation), STFI (DE) und IVW (DE) vervollständigen das Konsortium. Die Kernkompetenzen dieser Partner liegen im Bereich Textilveredelung, Beschichtung, technische Textilien und faserverstärkte Kunststoffe. Die von den Ergebnissen profitierenden Unternehmen sind KMU geprägt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden faserverstärkte Kunststoffverbunde basierend auf modifizierten, biobasierten Epoxidharzen oder Benzoxazinen kombiniert mit einer flammhemmenden, nachhaltigen Faserverstärkung entwickelt.

Die Arbeitsschwerpunkte waren hierbei

- Faservorbehandlung (zur Optimierung der Faser-Matrix-Haftung und Flammschutzausrüstung),

- Harzmodifikation (Additivierung unter Verwendung Ammoniumpolyphosphat (APP) und Aluminiumtrihydrat (ATH))

- Entwicklung von Vliesstoffen auf Basis von recycelten Carbonfasern und Basaltfasern als Verstärkungsstruktur.

Durch die Verwendung von 20 %-30 % APP unter Zuhilfenahme von zusätzlichen Additiven - zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften des Harzsystems – konnten die flammhemmenden Eigenschaften des Harzes optimiert werden. Weiterhin dienten Silane als Haftvermittler zwischen Basaltfasern und Epoxidharzen.

Zusätzlich konnten Flachsfasern unter Verwendung des „Flame-FixeTm-Verfahrens“ (Fa. Veramtex S.a., Brüssel) flammhemmend ausgerüstet werden, was eine Verbesserung des LOI von 20 auf 30 zur Folge hatte.

Im Sinne eines recyclingfreundlichen Designs wurden entwickelte Basaltvliesstoffe im Nähwirkverfahren mit einem 100%igen Basaltnähfaden übernäht und somit in Längsrichtung zusätzlich verstärkt. Hierbei nahmen die ermittelten Höchstzugkräfte um 80-90 % in Längsrichtung zu, so dass bei einem Basaltvliesstoff von einer Längsfestigkeit mit ursprünglich 4,54 N nach der Übernähung unter Verwendung einer Franse-Trikot-Verbindung 90,91 N erzielt werden konnten.

Sowohl das modifizierte Harzsystem, als auch die vorbehandelten Flächengebilde konnten in Kombination zu Verbundwerkstoffen verarbeitet werden

Die besten Ergebnisse erzielte einen Verbund basierend auf einem behandelten Flachsgewebe kombiniert mit einem biobasierten, additivierten Epoxidharz (30 % APP). Dieser erlangte beim Brandtest UL 94 „V0“ und bestand ISO 13501. Eine Anwendung der entwickelten Composites wäre im Transport-Baubereich denkbar.