Intermediate-scale FKV Feuerwiderstandstest
Quelle: BAM, Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Glas oder carbonfaserverstärkter Kunststoff, GFK oder CFK, wird zunehmend als Hochleistungsleichtbaumaterial für lasttragende Strukturen eingesetzt. Moderne Flugzeugrümpfe aus CFK in der zivilen Luftfahrt oder Aufbauten für Passagierfähren und Kreuzfahrtschiffe sind technologische Meilensteine, die das derzeitig große Momentum verdeutlichen.
Das Brandverhalten dieser Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) unterscheidet sich vom Brandverhalten des Polymers; z. B. verhalten sich die Fasern inert gegenüber Pyrolyse, verändern die Wärmeabsorption und –transport oder die Menge und die Eigenschaften des Brandrückstandes. Der Feuerwiderstand der lasttragenden FKV-komponenten, z. B. Sandwichpanele oder stringerverstärkte Schalen, unterscheidet sich auch im Vergleich zu den ersetzten Metallstrukturen. Nicht das Durchbrandverhalten sondern das mechanische Versagen unter Drucklast ist das typische Versagensverhalten und wird von der Zersetzungs- und Erweichungstemperatur der polymeren Matrix bestimmt. Für FKVs sind maßgeschneiderte Brandschutzkonzpte erforderlich, die eine effiziente thermisch Isolierung realisieren.
Der Feuerwiderstand von Kompositen is eines unserer herausragenden Forschungsthemen, die wir in einem interdisziplinären Ansatz mit unseren Kompetenzen Mechanik von FKV, Flammschutz von Polymeren und Brandingenieurwesen bearbeiten. Wir haben einen bench-scale (Probengröße 150 mm x 150 mm) und einen einzigartigen intermediate-scale Testaufbau (Probengröße 500 mm x 500 mm) für die Untersuchung des mechanischen Versagens von Sandwichpanelen, Schalen und stringerverstärkten Schalen aufgebaut, in denen wir Kompressionskräfte bis zu 233 kN und 1 MN realisieren und gleichzeitig mit Brennern (Bestrahlung = ~180 kW/m2) beflammen.
Das Paper des Monats Dezember 2017: "Fire stability of carbon fiber reinforced polymer shells in the intermediate-scale" von S. Timme, V. Trappe, M. Korzen, B. Schartel erschienen in Composites Structures 178, 320-329, 2017 ist das neueste in einer Reihe von Veröffentlichungen, A. Hörold et al. in 2013, 2015, und 2017, die unsere Erkenntnisse in diesem Gebiet kommunizieren und das erste über FKV-Schalen. Verschiedene CFK Lagenaufbauten mit integrierten Flammschutzlagen wurden bei 40% der maximalen Versagenslast untersucht. Während die CFK Schalen bereits unter 30 Sekunden versagten, erhöhten die integrierten Schutzlagen die Zeit zum Versagen um 68 %. Integrierte Schutzlagen mit kleiner Wärmeleitung und hohen Durchbrandwiderstand werden als vielversprechender Ansatz zur Erhöhung des Feuerwiderstandes vorgeschlagen.
Fire stability of carbon fiber reinforced polymer shells on the intermediate-scale
Sebastian Timme, Volker Trappe, Manfred Korzen, Bernhard Schartel
Composite Structures, Volume 178, 15 October 2017, Pages 320-329
BAM Abteilung Werkstofftechnik, Fachbereich Mechanik der Polymerwerkstoffe, Abteilung Bauwerkssicherheit, Fachbereich Brandingenieurwesen und Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen