Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

FR-Polyamide - Technologievorteile durch intrinischen Flammschutz in der Textil- und Kunststofftechnik

Aufgrund neuer EU-Verordnungen und REACH-Auflagen steigt der Bedarf an halogenfreien Polymeren drastisch. Im Fall von Polyamiden werden Flammschutzmittel hauptsächlich als Additive zugegeben. Eine Permanenz ist nur eingeschränkt möglich und eine Migration des partikulären Additiven an die Oberfläche kann zu Schwierigkeiten führen. Hohe Anteile der Additive wirken sich zudem teils nachteilig auf die Verarbeitung und die resultierenden Werkstoffeigenschaften aus. Bei faserverstärkten Bauteilen kann es zu nachteiligen Interaktionen mit den Fasern kommen. Dieses branchenübergreifende Forschungsvorhaben setzt an diesem Punkt direkt an. Es werden am ITCF bisherige Kettenregler bei der Polymersynthese durch P-haltige ersetzt und kovalent eingebunden. In Zusammenarbeit von ITCF und IKT wird die Synthese des FR-Polyamids optimiert und jeweils für die Branchen Faser – und Textil sowie Kunststoffverarbeitung die Anwendung des FR-PA untersucht. Im Rahmen eigener Vorlaufforschung konnten FR-PA6 mit Viskositäten hergestellt werden und in Testspinnversuchen zu Multifilamenten mit vielversprechenden mechanischen und flammhemmenden Eigenschaften verarbeitet werden. Im kunststofftechnischen Teil des Projekts wird die gezielte Einstellung der Viskosität in Abhängigkeit des Verarbeitungsschritts untersucht. Hierzu werden in der Reaktivextrusion die Kettenlängen und somit die Viskosität definiert angehoben. Neben der Viskosität sollen die Eigenschaften der FR-PA6 durch Wahl von geeigneten Kettenreglern verbessert werden. Neben der Folienherstellung werden am IKT Stuttgart Faserverbundwerkstoffe mit hohen Faservolumenanteil (>50%) hergestellt und deren Eigenschaften getestet. Die Mitglieder aus dem projektbegleitenden Ausschuss unterstützen zudem die ersten Schritte der Marktetablierung phosphorbasierter flammgeschützer Polyamidprodukte.

Profitieren werden KMU`s im Bereich der Aufarbeitung und Verarbeitung von Kunststoffe sowie KMU entlang der Wertschöpfungskette von Polymer.

Ergebniszusammenfassung:

Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse haben gezeigt, dass ein permanenter und guter Flammschutz erfolgreich in die Polyamidfaser eingebracht werden konnte. Die Phosphorgehalte sind sehr gering, doch durch den Einbau der Comonomere in das Polymerrückgrad des PA6 reichen sie aus, um einen guten Flammschutz zu gewährleisten. Damit steht den KMUs eine intrinsisch flammgeschützte Polyamidfaser zu Verfügung, die neben den guten Flammschutz auch gute mechanische Eigenschaften aufweist. Die analytischen Untersuchungen haben gezeigt, dass der Einbau beider Flammschutzkomponenten, die Eigenschaften des PA6 nicht beeinflusst. Die hergestellten PA6-Granulate wiesen geeignete Molekulargewichte und Viskositäten auf, um im Schmelzspinnprozess eingesetzt werden zu können. Es konnten Multifilamentgarne mit guten Festigkeiten und E-Modulen erhalten werden. Die aus dem Glattgarn hergestellten Textilien zeigen exzellente Bewertungen in den Brandschutzprüfungen, die UL94-Evaluierung konnte mit V-0 erreicht werden und die erhaltenen LOI-Werte sind mit ≥ 35 Vol% sehr hoch. Die flammgeschützten Polyamide sind hervorragend geeignet für einen Einsatz im Bereich der Heimtextilien (z.B. Teppich oder Gardinenbereich, Handtücher, etc.). Die Echtheitsprüfungen haben gezeigt, dass alle belastungsrelevanten Tests bestanden wurden. Die Ergebnisse des kunststofftechnischen Teils haben gezeigt, dass der Flammschutz erhalten werden konnte und die FR-PA6 Verbindungen hier ebenfalls die V-0 Einstufung erreichen konnten. Verarbeitungsprozesse wie Compoundierung und Reaktivextrusion, beeinflussen nicht die Flammschutzwirkung. Die Kettenverlängerung funktionierte bei einem der zwei eingesetzten flammgeschützten Polyamide. Dieses konnte auch im Spritzguss eingesetzt werden.