Prüfung der Feuerbeständigkeit von CFK-Verbundwerkstoffen im Labormaßstab
Quelle: BAM, Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Die Feuerbeständigkeit ist eines der größten Probleme bei kohlenstofffaserverstärkten Polymeren (CFRP), insbesondere wenn sie in tragfähig Anwendungen eingesetzt werden. Sobald die Glasübergangstemperatur der Polymermatrix (100-200°C) erreicht ist, verliert der Verbundstoff seine strukturelle Integrität, was zu Verzerrung und Versagen führt. Im Allgemeinen erfordert die Prüfung der Feuerbeständigkeit von Komponenten unter realistischen Bedingungen Untersuchungen im mittleren oder großen Maßstab. Der vorgeschlagene Aufbau im Labormaßstab bietet die Möglichkeit, die wesentlichen Parameter für eine richtige Bewertung der Feuerbeständigkeit von Verbundwerkstoffen während ihrer Entwicklung zu simulieren. Mit dieser Methode lassen sich Zeit, Anstrengung, Personal und Kosten sparen.
Die hauptsächliche Feuerbeständigkeitsprüfung basiert auf der gleichzeitigen Anwendung von Feuer und mechanischer Belastung. Weil die Kohlenstofffasern die Zuglasten recht gut übertragen können, wird die Kompressionslast als erforderliche mechanische Belastung für einen Test gewählt. Das Gerät kann eine mechanische Belastung von bis zu 232,4 kN aufbringen. Dem Brandversuch geht ein statischer Belastungstest bei Raumtemperatur voraus, um die Bruchlast zu ermitteln. 10% der Kompressionsversagenslast und die direkte Flamme eines voll entwickelten Feuers (Wärmefluss ≈ 180 kW m-2) werden gleichzeitig auf die Probe angewendet, während die Zeit bis zum Versagen gemessen wird.
Die Beflammung erfolgt gemäß den in der Luftfahrt verwendeten Brandtests, z. B. 14 CFR 25.856 Appendix F Part VII; 2003 unter Verwendung eines NextGen-Brenners.
Dieses Paper des Monates zeigt, dass eine Feuerbeständigkeitsprüfung im Labormaßstab eine praktikable und effiziente Methode zur Bewertung von Schutzkonzepten ist. Daher wurden in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern drei verschiedene Arten von Schutzmaßnahmen durchgeführt: unstrukturierte Folien, ungewebte Isoliermatten und intumeszierende Beschichtungen. Die CFK-Verbundschalenproben wurden aus einem quasi-isotropen, symmetrischen Laminat (1050 x 550 x 3 mm) geschnitten, das aus 24 Kohlenstoffschichten besteht und mit verschiedenen Schutzschichten bedeckt ist: Schicht Silikate Ton/ nanofibrillierter Zellulose Papiere (120 x 120 mm), ungewebte Sandwich-Verbundwerkstoffe (150 x 150 mm) und intumeszierende Beschichtungen (120 x 120 mm). Der zusätzliche Schutz bietet thermische Isolierung an die CFK-Proben und verlängerte die Zeit bis zum Versagen erheblich.
Bench-scale fire stability testing – Assessment of protective systems on carbon fibre reinforced polymer composites
Weronika Tabaka, Sebastian Timme, Tobias Lauterbach, Lilian Medina, Lars A. Berglund, Federico Carosio, Sophie Duquesne, Bernhard Schartel
veröffentlicht in Polymer Testing, Vol. 102, page 107340, 2021
BAM Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen