Leichter Brandschutz in Composite-Werkstoffen

Die Liste mechanischer Funktionen, die Composite-Werkstoffe erfüllen sollen, ist bekannt und lang: Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit, Haltbarkeit, Witterungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schlagfestigkeit, Feuerbeständigkeit. Letztere Anforderung wird seit Jahren adressiert. Doch die Branche verzeichnet eine steigende Nachfrage nach Feuerperformance, getrieben durch die Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EVs) – sowohl am Boden als auch in der Luft – und endlich verstärkter Durchdringung der brandschutzbewussten Schienen-, Schiffs- und Baumärkte.

Materiallieferanten reagieren auf diesen Marktzuzug, wie hier gezeigt wird, aber die Industrie kann sich nicht allein auf traditionelle Feuerwiderstandslösungen verlassen. Zum Beispiel sind Furan- und Phenolharze langjährige Lösungen für feuerbeständige Composites. Sie vernetzen jedoch über Kondensationsreaktionen, was die Verarbeitung erschwert, oft Porosität erzeugt, die mehrere Nachbearbeitungsschritte für gute Oberflächen erfordert. Sie neigen auch zu Sprödigkeit. Währenddessen erfordern Flammschutzmittel wie Aluminiumtrihydroxid (ATH), die Harzen zugesetzt werden, typischerweise 20 Vol.-% Beladung, was Verarbeitung, mechanische Eigenschaften und Oberfläche negativ beeinflussen kann. Halogenierte Flammschutzmittel, einst attraktive Alternative, sind jetzt durch paneuropäische Vorschriften wie REACH und RoHS verboten. Daher forscht und entwickelt die Composite-Industrie weiter an neuen Lösungen.

Feuerbeständige Materialien müssen auch ausreichend Zeit und Schutz für Insassen zur Flucht im Brandfall bieten. In den anspruchsvollsten Anwendungen bedeutet das nicht nur Flammenausbreitung, Wärmefreisetzung, Temperaturdurchgang und giftige Rauchbildung zu verhindern, sondern auch die Lasttragfähigkeit des Composite-Materials bis zu 60 Minuten aufrechtzuerhalten.

FR-Methoden und -Maßstäbe

Generell brennen anorganische Fasern (z. B. Glas, Carbon, Basalt, Keramik) und anorganische Matrixmaterialien (z. B. Keramik/Carbon, Metalle, Polysialat/Geopolymere) nicht und halten hohen Temperaturen stand. Die meisten organischen Fasern und Polymermatrizen zersetzen sich jedoch bei hohen Temperaturen und Feuer (Abb. 1) und können brennbare Gase und giftigen Rauch freisetzen. KEVLAR Para-Aramid und NOMEX Meta-Aramid sind bemerkenswerte Ausnahmen als organische Fasern mit inhärent flammhemmender chemischer Struktur.

Die Feuerperformance eines Composites wird durch verschiedene Merkmale gemessen: Zündverhalten, Selbstverlöschung, Flammenausbreitung, Durchbrand, Wärmefreisetzung, Rauchentwicklung und Rauchtoxizität. Eine häufig genannte Kennzahl ist der Limiting Oxygen Index (LOI), der die minimale Sauerstoffkonzentration (Vol.-%) für Verbrennung misst; höherer LOI bedeutet höhere Flammenbeständigkeit. Standardtests variieren je nach Industrie und reichen von kleinen Probekörpern bis zu vollskaligen Konstruktionen, die den Einsatzbedingungen entsprechen. Details im Online-Sidebar „Measuring and improving fire resistance in composites“.

Es gibt zwei Hauptansätze zur Verbesserung der Feuerperformance: Erhöhung der Flammenbeständigkeit von Matrix und/oder Verstärkungsfasern, oder Bereitstellung einer Schutzbeschichtung.

Fasern können mit Flammschutzmitteln (FR) wie Borax/Borsäure-Gemischen und Ammoniumsalzen starker Säuren behandelt werden. Flammhemmung in Matrixharzen kann durch drei Grundmethoden verbessert werden: Einbau eines FR-Wirkstoffs in das Polymerrückgrat; Mischen von FR-Verbindungen, Partikeln und/oder Nanomaterialien in das Harz; oder Zugabe eines intumeszierenden Additivs zur Matrix. Intumeszenzmittel sind Stoffe, die durch Hitze aktiviert werden, aufschäumen und eine poröse, karbonische Schicht bilden, die den darunterliegenden Verbund thermisch isoliert und die Bildung brennbarer Flüchtiger hemmt. Beschichtungen können FR-Additive oder Intumeszenzmittel nutzen.

FR-Additive können mehrere Mechanismen nutzen, um Composite-Zersetzung, Wärmefreisetzung und Flammenausbreitung zu verlangsamen. Zum Beispiel können Additive über eine endotherme Reaktion zersetzen und das Composite kühlen. Diese Zersetzung kann auch Wasser und nichtbrennbare Gase erzeugen, die die Konzentration brennbarer Gase verdünnen. Additive können auch verkohlen und/oder eine Gasphase erzeugen, die Sauerstoff ausschließt und das Feuer erstickt. Oft werden zwei oder mehr FR-Wirkstoffe synergistisch kombiniert, um die Feuerperformance zu erhöhen und zu verbreitern – z. B. ein Wirkstoff reduziert Wärmefreisetzung, der nächste Rauch, der dritte produziert Chars.

FR-Optionen für Infusion

Einen Systemansatz verfolgt Materiallieferant SAERTEX (Saerbeck, Deutschland) mit seiner LEO-Serie FR-Produkte, die die firmeneigenen Nicht-Krimp-Gewebe (NCF) Verstärkungen sowie FR-Schaumkerne und ATH-gefüllte oder intumeszierende Beschichtungen umfassen. Das erste Produkt der Serie, LEO SYSTEM, 2013 lanciert, kombiniert FR-behandelte SAERTEX-Gewebe mit FR-Harzen und FR- oder intumeszierenden Gelcoats. „Wir wollten die Lücke zwischen Feuerperformance und mechanischer Performance schließen“, erklärt Jörg Bünker, SAERTEX Leiter F&E/Anwendungsservice für LEO. „Mit LEO SYSTEM sind hoher Fasergehalt und hohe Feuerperformance möglich. Wir starteten mit modifiziertem Gewebe und Vinylester-Infusionsharz, das kein ATH oder andere Füllstoffe nutzt, sondern mit flüssigen Flammschutzmitteln behandelt ist. Es vermeidet auch alle Halogene und Bromide, also keine giftigen Materialien, was bedeutet: kein giftiger Rauch oder Dämpfe.“

Das SAERTEX LEO SYSTEM wird in den Böden von 66 ICE Version 3 Hochgeschwindigkeitszügen in Deutschland eingesetzt, Gewichtseinsparung 50 % gegenüber vorherigen Sperrholzpaneelen (Abb. 2). Die Composite-Paneele durchschnittlich 2,4 × 1,2 m groß und bestehen aus SAERfoam-Kern, Glasfaser-NCF-Decklagen, LEO-Infusions-Vinylesterharz und LEO-Schutzschicht im Finish. Mittels Vakuuminfusion mit wiederverwendbaren Silikonmembranen von Alan Harper Composites (Cornwall, UK) werden die Bodenpaneele von SMT Montagetechnik (Forst, Deutschland), exklusivem Lieferanten der Deutschen Bahn, gefertigt – 25.000 m² für 66 Acht-Wagen-Züge.

Bünker sagt, LEO SYSTEM sei gut aufgenommen worden, „aber einige Kunden wollten Epoxid, Polyester oder Thermoplastharze nutzen, daher entwickelten wir LEO COATED FABRIC.“ SAERTEX appliziert die intumeszierende Beschichtung nach der Gewebeherstellung. „Sie imprägniert die Fasern etwas, was eine gute Verbindung zum Composite ermöglicht“, erläutert er. „Sie kann nicht abreiben oder abkratzen wie manche Farben. Im Brandfall bildet die intumeszierende Beschichtung einen Schaum, der den Verbund vor Flamme und thermischer Energie isoliert. Sie bietet Feuerwiderstand für tragende Strukturen ohne Rauch oder giftige Dämpfe, erfüllt höchste Anforderungen.“ LEO COATED FABRIC wird in Rollen geliefert und wie jedes andere Infusionsgewebe verwendet. „Das Einzige, worauf man achten muss“, warnt Bünker, „ist, wenn man es als oberste Lage direkt vor dem Vakuumsack einsetzt, weil man durch diese Lage keine darunterliegenden Laminatlagen imprägnieren kann.“

Das dritte Produkt, SAERcore LEO, „ist ein Mikro-Sandwich-Material aus Gelege (Glasfaser) auf beiden Seiten eines speziell FR-modifizierten Polypropylen (PP) Kerns“, so Bünker. „Diese Materialkombination ist gut drapierbar und bietet guten Harzfluss bei Infusion.“ SAERcore LEO wird in ein Formwerkzeug mit Gegenform im Light-RTM-Prozess eingelegt. „Man kann die Bauteildicke über den Hohlraum zwischen Form und Gegenform einstellen“, merkt er an, „und vorab berechnen, welchen Harzgehalt man möchte.“ SAERcore LEO ist in verschiedenen Dichten und Dicken erhältlich und kann mit Vinylester-, Epoxid- und Polyesterharzen verarbeitet werden. „Man kann ATH zum Harz geben, wenn man FR-Methoden kombinieren will“, sagt Bünker. „Das Material wurde am häufigsten mit Polyester-RTM-Anwendungen genutzt. Wir empfehlen gefülltes Harz und Gelcoat von Scott Bader, da getestet und bewährt.“

Alle drei SAERTEX LEO-Produkte haben den europäischen Schienenanwendungsstandard EN 45545 bestanden, einschließlich der strengsten HL3-Klasse für U-Bahn und Hochgeschwindigkeitszüge. SAERcore LEO wird von globalem Schienenzulieferer BARAT Group (Saint Aignan, Frankreich) für Zugangstüren der Stadler (Bussnang, Schweiz) SMILE-Hochgeschwindigkeitszüge verwendet. Die Türen weisen komplexe Formbereiche auf, in einem Stück im RTM mit FR-Harzen gefertigt.

SAERTEX LEO-Produkte haben auch ASTM E84 für Bauanwendungen bestanden und wurden von Carbures Civil Works Spain (Puerto de Santa Maria, Cadiz) für die Infusion von Kernpaneelen für das Leichtbaudach des Pavilion of Inspirations im Norman Foster Foundation Headquarters (Madrid, Spanien) eingesetzt. „Diese Art von Anwendung passt auch gut zu SAERTEX COATED FABRIC, da sie typischerweise große, flache Paneele mit Isolationsanforderungen ähnlich wie Schiffsaufbauten nutzen, die ein bestimmtes Temperaturprofil nach 30 und 60 Minuten Brandeinwirkung vorschreiben“, sagt Bünker.

Intumeszierende Vliese

Eine weitere feuerbeständige Lösung für Composites sind intumeszierende Vliese. Tecnofire ist eine Familie intumeszierender Vliesprodukte, hergestellt von Technical Fibre Products (TFP, Burneside Mills, UK und Schenectady, NY, USA) im Nasslegeverfahren (Abb. 1). In Rollenform geliefert, reichen die Dicken von 0,4–10 mm (0,5–2,0 mm am häufigsten). Maximale Breite 50 Zoll, kann in Bänder bis 0,25 Zoll geschnitten werden. Tecnofire einsetzbar bei Pultrusion, RTM und Vakuuminfusion mit Harzen wie Epoxid, Vinylester, ungesättigtem Polyester, Thermoplasten und FR-modifizierten Systemen von Ashland (Columbus, OH, USA) und Polynt (Carpentersville, IL, USA).

„Wenn Tecnofire-Materialien 190 °C erreichen, aktivieren sie sich und expandieren unidirektional in Z-Richtung bis zum 35-fachen der ursprünglichen Dicke“, erklärt TFP Business Development Associate Scott Klopfer. „Diese irreversible Expansion bildet eine isolierende Charsicht. Tecnofire wird typischerweise an der Bauteiloberfläche platziert, wo es im Brandfall Hitze und Flamme ausgesetzt wäre. Tecnofire wurde speziell dafür entwickelt, während eines Brands stabil zu bleiben und unterliegende Strukturen zu schützen.“

„Wir haben große Freiheit in der Zusammensetzung, einschließlich verschiedener Faser- und Partikeltypen“, erläutert Klopfer. „Wir passen die Zusammensetzung für jede Anwendung an. Zum Beispiel können wir ATH als Pulver während der Tecnofire-Herstellung zugeben und gleichmäßig im Material verteilen.“ Er kontrastiert dies mit dem traditionellen Prozess, ATH der Matrixharz beizumischen, was Viskosität erhöhen kann. „Das ATH kann auch während des Formprozesses migrieren oder ungleichmäßig ausfiltern“, sagt Klopfer. „Tecnofire vermeidet diese Probleme.“

TFP hat seit Tecnofires Entstehung 2005 über 100 Versionen entwickelt, 10–15 Sorten sind kommerziell im Einsatz. Eine hat bereits Epoxidharz infundiert, erhältlich in 4×8-ft-Platten wie Sperrholz. „Das wurde für eine Branche entwickelt, die ein furnierartiges Material brauchte“, erklärt er. „Es ist einer der höchsten Expander. Wir haben auch eine patentierte Version, die elektrisch aktiviert wird mittels metallbeschichteter Fasern für einen leitfähigen, feuerbeständigen Verbund. Aber egal welche Sorte, Tecnofire wird integraler Bestandteil des Composites.“

Anwendungen umfassen kontinuierliche Profile mit integriertem Brandschutz für Dachsysteme, Fenster- und Türrahmen, Stahlträgerverkleidungen und modulare Composite-Gehäuse-Kits. „Es wird auch für 45- und 90-minütig feuerbeständige Türen eingesetzt, die UL 10C Positive Pressure Tests of Door Assemblies bestehen“, sagt Klopfer. „Dieser Standard stellt sicher, dass Türen intakt bleiben, um Flammen- und Heißgasausbreitung zwischen Räumen zu verhindern. Am Testende muss die Tür einem Hochdruck-Wasserstrahl standhalten und noch integrität haben.“

Biobasierte FR-Prepregs

Polyfurfurylalkohol (PFA) ist ein Duroplastharz, das Phenolharz-Performance mit besserer Oberflächenverarbeitung und Nachhaltigkeit erreicht. Die Herstellung beginnt mit Hemicellulose aus Biomasse – Maiskolben, Reis- und Haferhüllen oder Zuckerrohrabfall (Bagasse) –, die in furanbasierten Furfurylalkohol umgewandelt und dann (via Säurekatalysatoren oder Temperatur) zu PFA polymerisiert. „Glas/Phenol war lange das Standardmaterial, aber wenn man Gewichtsreduktion beschleunigen will, schaut man auf Carbonfaser und PFA“, sagt Gareth Davies, Commercial Manager bei Prepreg-Lieferant Composites Evolution (Chesterfield, UK). Dessen Evopreg PFC Prepregs kombinieren PFA-Harz mit Verstärkungen wie Flachs, Glas, Aramid, Basalt oder Carbonfaser und haben FAR 25.853 Flammen-, Rauch- und Toxizitätstests (FST) für Flugzeuginnenräume sowie EN 45545 Klasse HL3 für Schiene bestanden.

Ein weiteres Unternehmen mit PFA-Prepregs ist SHD Composites (Sleaford, Lincolnshire, UK). Gegründet 2010 von Steve Doughty, 20-jähriger Prozessentwicklungsingenieur bei Advanced Composites Group. SHD Composites wuchs stark, fügte Fabriken in Slowenien und Mooresville, NC, USA hinzu. Es bietet zwei PFA-basierte Phenolharzprodukte: FR308 und PS200.

Als Phenolharzersatz für Flugzeuginnenräume entwickelt, besteht FR308 alle Flugzeug-FST-Anforderungen sowie EN 45545 HL3 für Schiene. PS200, das Brandschutzanforderungen für Flugzeugbatterien laut European Aviation Safety Agency (EASA) erfüllt, ist bereits bei Herstellern von General-Aviation-Flugzeugen im Einsatz. In einem Labortest, der thermisches Durchgehen von Lithium-Ionen-Batterien nachbildete, bewies ein Prototyp-Batteriekasten aus PS200 seine Leistung. „Obwohl die Innentemperatur 1.100 °C erreichte, überschritt die Außenseite nie 250 °C und der Kasten brannte nicht und zersetzte sich nicht“, sagt SHD Composites Technical Director Nick Smith. Das Unternehmen arbeitet nun mit mehreren EV-Engineering-Firmen an Batteriekästen für Autos und andere Fahrzeuge.

Sowohl PS200 als auch FR308 sind so formuliert, dass sie sich wie Epoxid verarbeiten lassen, typischerweise Aushärtung bei 120–130 °C in einer Stunde. Beide bestehen auch BS 476, die britische Materialspezifikation für Gebäudeinnenräume, was Smith als großen aufstrebenden Markt sieht.

Smith hebt Schiene als weiteren Markt für PFA-Materialien hervor, der sich rasant entwickelt. „Wir bieten auf einige große Projekte“, fügt er hinzu. Davies stimmt zu und zitiert mehrere Exponate auf der InnoTrans 2018 in Berlin, darunter den CETROVO-Metrozug des weltweit größten Schienenfahrzeugherstellers CRRC (Peking), der Carbonfaser-Composite-Wagenkasten, Drehgestellrahmen und Führerstandsausrüstung aufweist. Gleichzeitig hat Composites Evolution mit Composite-Strukturen-Hersteller Bercella (Varano de Melegari, Italien) eine leichte Composite-Stütze für Schienensitze entwickelt (Abb. 3). „Es ist ein recht klobiges, schweres Teil in Metall“, sagt Davies. Das 1 m lange Teil aus Carbonfaser-Evopreg wiegt jedoch unter 5 kg. „Multipliziert man die Gewichtsersparnis mit der Anzahl der Sitzstützen pro Waggon, reduziert das Composite-Redesign die Achslast erheblich.“

Biobasiertes PFA-Preg ist auch in einer CFK-Sandwichpaneel-Türfüllung von TRB Lightweight Structures (Huntingdon, UK) vertreten. Gegenüber geklebten Aluminium-Türfüllungen schneidet diese nachhaltige CFK-Alternative mit 100 % recyceltem Schaumkern das Gewicht um 35 % – von 40 auf 26 kg – bei vergleichbaren Teilekosten. TRBs Leichtbau-Türfüllung erfüllt EN 45545 HL3 mit erwarteter 40-jähriger Lebensdauer, bietet überlegene Ermüdungsfestigkeit und geringere Wartungskosten vs. Aluminium sowie leichtere Türantriebe für weitere Gewichts- und Energievorteile.

Zwar bieten sowohl Composites Evolution als auch SHD Composites auch FR-Epoxide an, doch Davies sagt, dass diese in Bezug auf Testdaten „nicht die volle FST-Performance von PFA-basierten Harzen liefern können und teurer sind.“ Smith merkt an, dass FR-Epoxide noch höhere Zähigkeit haben, „aber PFA-Harze haben bessere Zähigkeit als Phenolharze, und wir arbeiten an Formulierungen, um das weiter zu verbessern. Auch die Flammschutzmittel in FST-Epoxiden verlangsamen nur die Feuereffekte, sie brennen aber noch und geben giftige Dämpfe ab. Wenn PFA brennt, setzt es nur CO₂ frei – kein giftiges Gas.“

PFAs können auch traditionelle Phenolharze in der Oberflächenqualität übertreffen. „Das ist ein großes Thema in Flugzeuginnenräumen“, erklärt er. „Hersteller wollen beim ersten Mal bessere Teilequalität ohne Nacharbeit. Historisch waren FR-Composites schwerer zu verarbeiten, mehrere Runden Oberflächenvorbereitung wegen Porosität nötig. PFA-Systeme bieten verbesserte Oberflächenqualität mit höherem Glanz. Dies bestätigt das Horizon-2020-Projekt IntAir, das zeigte, dass direkter Austausch von PFA-Preg gegen Phenolharz die Formzykluszeit um 34 %, manuelle Nachbearbeitung um 70 % und Kosten der finalen Innenraumkomponenten um 58 % reduzierte.“

Verzicht auf organische Materialien

Es gibt auch neue Composite-Technologien, die Feuerbeständigkeit durch vollständigen Verzicht auf organische Materialien erreichen und ausschließlich auf anorganischen Fasern und Polymeren basieren. Traditionell neigten anorganische Polymere dazu, teuer und/oder schwer verarbeitbar zu sein. Einige sind auch spröde und/oder empfindlich gegen Kerbschlag und Impact-Schaden. Doch Polysiloxan, Polysilan und Polysialat/Geopolymer können in ein Harz gemischt oder in das Rückgrat organischer Polymere synthetisiert werden, ebenso die anorganischen Basismonomere. Dieser Ansatz wurde erfolgreich in FR-Entwicklungsarbeiten mit Polypropylen, Polyethylen, Epoxid, Polyvinyl, Polyester, Polyamid und Polyurethanharzen genutzt. Geopolymere scheinen in der aktuellen Forschung besonders vielversprechend.

CFP Composites (Solihull, UK) kombiniert gehackte Carbonfasern und anorganisches Harz zu FR.10, das Sieben-Stunden-Feuerwiderstandstests bei 1.500 °C bestand, während fast kein Rauch oder Gas emittiert wurde (Abb. 4). Die Materialien bieten eine kosteneffiziente, strukturelle Alternative zu Metall, die leicht ist – 2 mm dickes FR.10 wiegt unter 3 kg/m², 5 mm unter 6 kg/m². FR.10 bestand auch Strukturtests unter Last, widerstand direkter Flamme bei 1.200 °C für zwei Stunden ohne Durchbrand, mit ausreichender thermischer Isolierung, um die bloße Hand auf der Rückseite aufzulegen. Erhältlich in 1,3 × 0,8 m Platten bis 20 mm Dicke, einfach mit konventionellen Befestigern oder Klebstoffen zu verbinden.

Der Herstellungsprozess für FR.10 kombiniert gehackte Faser und anorganisches Harz in einem wassergefüllten Gemisch. Dieses wird dann freigesetzt, wodurch vollständig harzinfundierte flache und netzformige Preforms mit x-, y- und z-Richtungs-Faserstruktur in Sekunden entstehen. Diese werden dann in eine 1.000-MT-Presse transferiert und pressgeformt zu flachen Platten oder geformten Teilen. „Wir können leichte Teile sehr schnell, ohne Abfall produzieren“, sagt CFP Composites Managing Director Simon Price. Weltweit patentiert, ermöglicht dieser Prozess niedrigere Kosten als konventionelle Composites, während die anorganische Zusammensetzung höhere Feuerperformance liefert. „Die zwei Haupthürden für Composite-Einsatz in Bau/Schwerindustrie, Schiffen und Öl/Gas sind Kosten und Brandvorschriften“, sagt Price. „Wir eröffnen neue Anwendungen für Composites, ersetzen Metalle oder Keramiken.“

Eine weitere neue Lösung ist fi:resist für pultrudierte nicht-brennbare Profile. Entwickelt von FISCO GmbH (Zusmarshausen, Deutschland), einem 2015 gegründeten Joint Venture zwischen deutschem Befestigungsspezialist Fischer (Waldachtal) und Fahrzeugausrüster Sortimo (Zusmarshausen). Auf dem E-LASS Seminar Day 2018 (26. Juni, Pornichet, Frankreich) beschrieb Fisco-Produktmanager David Thull fi:resist als 100 % anorganische Materialien, die bei Flammenexposition keine Dämpfe produzieren. Zudem behalten Matrix und Glasfasern angeblich ihre Festigkeit bis 1.000 °C bzw. 600 °C. Das Material bietet auch hohe thermische Isolierung und erfüllt angeblich DIN 4102-1 und EN 13501-1 für strengste Klasse A1 Baustoffe.

Thull beschreibt Einsatz von fi:resist für feuerbeständige Kabelkanäle, die dank hoher struktureller Performance größere Spannweiten mit weniger Stützen ermöglichen. Weitere Anwendungen: Trennwände auf Schiffen, Decks und Geländer für Schiffsbalkone, feuerfeste Rolltore. Zukünftige Anwendungen könnten Auto- und Luftfahrt umfassen. Fi:resist wurde mit JEC Innovation Award 2016 in Kategorie Bau/Infrastruktur ausgezeichnet.

Weiterentwicklung

Nanotone sind ein weiterer signifikanter Entwicklungsbereich, zeigen Potenzial für hohe FR-Performance bei niedrigen Kosten. Sie fördern Charsbildung, und wegen ihrer extrem kleinen Partikelgröße und Fähigkeit zur Submikron-Dispersion werden geringere Mengen benötigt als bei makroskopischen Additiven. Gleichmäßig in einem Harzsystem dispergiert, können 5–10 Gew.-% Nanoton Peak-Heat-Release um 70 % reduzieren. Erste Arbeiten an Graphen-Nanoplatelets (GNPs) und Carbon-Nanoröhren (CNTs) zeigen ebenfalls positive Ergebnisse.

Während EU-geförderte Entwicklungsprogramme wie MAT4RAIL und FIBRESHIP bedeutende Meilensteine bei neuen FR-Materialien und verbesserter Composite-Performance anstreben, gibt es zahlreiche weitere hochpotenzielle Initiativen. Zum Beispiel:

• US Navy Programm zum Ersatz von PMR-15 durch nachhaltiges Resveratrol-basiertes Phthalonitrilharz;
• Hybride Polymer/anorganische Schäume, entwickelt in Indien, die ohne FR-Additive selbstverlöschend sind, nicht tropfen oder durch Flammen kollabieren und 75 % niedrigere Peak-Heat-Release-Rate als kommerzielle feuerhemmende Polyurethane aufweisen (Eis-Gerüst und Wasser als Lösungsmittel/Porogen);
• MAI Sandwich Flugzeuginnenräume mit Schaumkern und CFK-Laminaten, alle aus Ultrason E Polyethersulfon von BASF (Ludwigshafen, Deutschland), verarbeitet zu 1–3 m² Paneelen in < 5 Minuten via automatisiertem Thermoformen und Overmolding für FST-konforme Seitenwände, Gepäckfächer, Türen und Galley-Komponenten.

(Weitere Details im Online-Sidebar „Measuring and improving fire resistance in composites“)

„Unser Ziel ist, dass durch Bereitstellung vielfältiger hochperformanter Materialien Feuerhemmung nicht das Hauptproblem für den Kunden ist, der sich stattdessen auf die Gesamtprojekterfordernisse konzentrieren kann“, sagt Bünker bei SAERTEX. Tatsächlich ist die Composite-Industrie als Ganzes auf gutem Weg dahin.

Referenzen

„Flame Retardant Polymer Composites“ von Mahadev Bar, R. Alagirusamy und Apurba Das, Department of Textile Technology, IIT Delhi, New Delhi, Indien. Fibers and Polymers 2015, Vol.16, No.4, S. 705-717.

„TR 18001 – A literature review of natural fibre composite fire properties“ von Asanka Basnayake, Juan Hidalgo, Luigi Vandi und Michael Heitzmann, UQ Composites Group, University of Queensland, Australien. April 2018.

„Composites and fire: developments and new trends in flame-retardant additives“ von Belén Redondo, Composites Department of AIMPLAS, Plastics Technology Centre, Valencia, Spanien.

CompositesWorld Webinar „Enhancing Composite Fire Protection Using Advanced Nonwovens“, präsentiert von TFP am 31. Jan. 2018.