Projekt Faserkunststoffverbund - Flammschutz – Feuerwiderstand – Post-Fire Mechanik

05.10.2022

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Partner + Förderer

Flammschutz für Polymerwerkstoffe ist seit vielen Jahren ein wichtiges Forschungsgebiet. Da Polymere in der Regel nicht von sich aus flammgeschützt sind, ist die Modifizierung der Kunststoffe notwendig. Dazu gehören insbesondere viele thermoplastische Polymere und Duromere wie Epoxidharze.
Betrachtet man Epoxidharze als Material für Faserkunststoffverbunde, so ist der Wissensstand im Bereich Flammschutz noch lückenhaft. Sollen zudem noch mechanische Eigenschaften und speziell deren Veränderung während und nach einem Brand evaluiert werden, ist kein ausreichender Kenntnisstand vorhanden.

Ziel des Projekts ist die Evaluierung von Brandverhalten, Flammschutz und Feuerwiderstand sowie der mechanischen Eigenschaften während und nach dem Brand von Faserverbundkunststoffen unter Berücksichtigung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der eingesetzten Flammschutzmittel.

Erst werden Flammschutzmittelkombinationen und Additive ausgewählt. Das Brandverhalten von Faserverbundwerkstoffen im Vergleich zum Reinharz wird für die Auswahl unterschiedlicher Flammschutzmittel-Kombinationen mit verschiedenen Methoden erforscht. Der Einfluss der Flammschutzmittel auf die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs wird bewertet.

Projektkoordination

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen

Kooperationspartner

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Projekt DFG Scha730/26-1

Transfermechanismen vom flammgeschützten Polymerwerkstoff in den Faserkunststoffverbund

Für Epoxidharze steht eine Vielzahl von Flammschutzadditiven zur Verfügung. Die Auswahl geeigneter Flammschutzmittel bzw. Flammschutzmittelkombinationen im Reinharz ist bereits anspruchsvoll, die Übertragung in einen Faserverbundwerkstoff deutlich komplexer. Die Beschreibung der Transfermechanismen von flammgeschütztem Harz in den Faserverbundwerkstoff ist der Gegenstand des Forschungsvorhabens.

Es gilt, den enormen Anforderungen an diese Materialen für den Leichtbau, z.B. im Transportwesen, gerecht zu werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Etablierung von wissensbasiertem Verbrennungsrückstandsdesign für Faserverbundkunststoffe unter Berücksichtigung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der eingesetzten Flammschutzmittel. Die Transfermechanismen der Flammschutzmittel/-mechanismen vom Reinharz in den Verbundwerkstoff werden grundlegend untersucht und bezüglich der Wirksamkeit bewertet.

Brand- und Pyrolyseverhalten von Faserverbundwerkstoffen

Das Brand- und Pyrolyseverhalten von Faserverbundwerkstoffen im Vergleich zum Reinharz wird über eine Auswahl an unterschiedlichen Flammschutzmittel-Kombinationen erforscht. Flammschutz-Effekte wie Verkohlung, Flammenvergiftung oder Intumeszenz werden untersucht. Im Brandfall lassen sich Proben in verbrannte und unverbrannte Zonen unterteilen, und vor allem bei lasttragenden Faserverbundwerkstoffen spielen im Brand die mechanischen Resteigenschaften eine wichtige Rolle. Die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise mechanische Stabilität unter- und oberhalb des Glasübergangpunktes der Matrix oder vor und nach der Brandprüfung (Post-Fire), spielen im Projekt eine tragende Rolle.

Die Flammschutzmittel und Additive für die Verbundsysteme werden unter Berücksichtigung folgender Variationen ausgewählt:

• Variation der Flammschutzmittel/Flammschutzmechanismen (Glasbildner, keramisierende Additivmischungen, P-basierte Flammschutzmittel, die eine Verkohlung induzieren)
• Variation des Epoxidharzes (DGEBA (DER331), Novolac Epoxy (DEN438))

Untersucht werden:

• Brandverhalten (Cone Calorimeter, Sauerstoffindex, UL 94 Brennkammer)
• Pyrolyse (thermische Analytik, z.B. TG-FTIR)
• Brandrückstandsanalyse (Morphologie/Analytik)
• Aufklärung des Feuerswiderstandes

Maßgeschneiderte Flammschutzmechanismen

In diesem Teil des Projekts wird ein optimiertes Brandrückstandsdesign des Faserverbundwerkstoffes angestrebt. Von Interesse sind das Brandverhalten aber auch das mechanische Versagen bei Beflammen (Feuerwiderstand) und die mechanischen Eigenschaften von erkalteten Brandrückständen als Funktion der Zeit des Beflammens.

Projektkoordination

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen

Partner

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe

Förderung

Das Projekt DFG Scha730/26-1 wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.