CFK: Flammschutz mit Faserschutz

Neuartige Flammschutzmittel reduzieren auch die Gefahren durch freigesetzte Fasern beim Brennen von CFK-Bauteilen.

Das Fraunhofer LBF hat maßgeschneiderte Flammschutzmittel auf Basis phosphorhaltiger Polyacrylamide entwickelt, die im Brandfall von CFK-Bauteilen lungengängige Faserbruchstücke verhindern.

Kommt es zu einem Brand, sind die als Leichtbauwerkstoffe verwendeten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe (CFK) als besonders kritisch einzuschätzen. Denn es können sich kleinste Faserbruchstücke bilden, die tief in die Lunge eindringen. Solche lungengängigen Fasern stehen in Verdacht Krebs auszulösen.

Erstmals Faserschutz im Blick

Einem Forscherteam des Fraunhofer LBF und des Wehrwissenschaftlichen Instituts für Werk- und Betriebsstoffe (Wiweb) ist es gelungen, diese Gefährdung zu verringern. Dazu entwickelte es neuartige Flammschutzmittel die nicht nur einen effizienten Flammschutz bieten, sondern auch verhindern, dass während eines Brandes Fasern mit kritischen, lungengängigen Dimensionen entstehen. In dem Forschungsprojekt wurde somit erstmals auch der Faserschutz bei Einwirkung hoher Temperaturen ins Auge gefasst.

Fokus auf CFK mit Epoxidharz

Das Forscherteam konzentrierte sich dabei kohlenstofffaserverstärkte Epoxidharze, die als Leichtbaumaterialien im Fahrzeug-, Flugzeug-, oder Schiffsbau Anwendung finden. Zunächst testete es mehrere herkömmliche halogenfreie Flammschutzmittel auch hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Faserschutz. Dadurch ließen sich Flamm- und Faserschutzmechanismen sowie mögliche Synergismen untersuchen und beschreiben.

Flammschutz mit mehreren Vorteilen

Auf Basis dieser Ergebnisse synthetisierten die Forschenden dann neue, maßgeschneiderte Flammschutzmittel auf Basis phosphorhaltiger Polyacrylamide. Dazu gehörte auch eine aufwendige Syntheseoptimierung.

Die neuartigen Flammschutzmittel verfügen neben einem effizienten Flamm- und Faserschutz über weitere Vorteile: Ihre polymere Struktur verhindert ihre Migration aus der Matrix. Außerdem zeigen sie weniger negative Einflüsse auf die thermische Stabilität oder mechanischen Eigenschaften des CFK als andere Flammschutzmittel. Zudem gelten phosphorhaltige Flammschutzmittel als gesundheitlich unbedenklich, da sie bei der Verbrennung weniger toxische Gase freisetzten als bspw. halogenhaltige Flammschutzmittel.

Und dank eines Baukastenprinzips, in dem Ausgangsmaterialien und Prozessführung bei der Synthese wählbar sind, lassen sich der Flammschutzmechanismus und die Materialeigenschaften gezielt maßschneidern.

Gesundheitsgefahr eingedämmt

Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen abschließend, dass die neuen Flammschutzmittel nicht nur einen effizienten Flammschutz bieten, sondern auch keine Fasern mit kritischen Dimensionen innerhalb realistischer Brandzeiten entstehen. Somit konnte die Gesundheitsgefahr durch lungengängige Faserbruchstücke beim Abbrand von CFK-Material erfolgreich eingedämmt werden.

Die Flammschutzmittel sind weiterhin für die Prozessierbarkeit in Injektionsverfahren bei der Herstellung von CFK geeignet, die mechanischen und thermischen Eigenschaften der beinhaltenden CFK werden nicht negativ beeinflusst und die technische Umsetzbarkeit ist unter anderem durch den niedrigen präparativen Aufwand gegeben.

mg

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