Analyse des Harzinjektionsverfahrens für die Verarbeitung flammgeschützter, partikelgefüllter Harzsysteme

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) haben sich in allen Bereichen des Transportwesens, sei es im Automobil- und Nutzfahrzeugbau, in der Luftfahrt und im Schienenfahrzeugbau, fest etabliert. Dabei müssen sie nicht nur in Bezug auf den Leichtbau mit klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Metallen konkurrieren, sondern zusätzlich die immer höheren Anforderungen an das Brandverhalten erfüllen können. Vor allem die Bestrebungen der Europäischen Kommission, die bisher nationalen Brandschutznormen im Bauwesen und im Schienenfahrzeugbau zu harmonisieren und zu verschärfen, lassen die Frage des Brandverhaltens eines Werkstoffs bei der Bauteilentwicklung verstärkt in den Mittelpunkt rücken. Neben der Möglichkeit, inhärent flammwidrige Kunststoffe, wie z.B. Phenolharze einzusetzen, existiert auf dem Markt eine Vielzahl von unterschiedlichen Flammschutzadditiven, die je nach chemischer Zusammensetzung mit verschiedenen Wirkungsweisen das Brandverhalten eines Kunststoffs beeinflussen. Dabei wird zwischen halogenhaltigen (Chlor und Brom), phosphorhaltigen sowie anorganischen Flammschutzmitteln, wie Aluminiumtrihydroxid (ATH), unterschieden. Vor allem im Schienenfahrzeugbau lassen sich zahlreiche Produktbeispiele finden, die aus glasfaserverstärkten ATH-gefüllten Kunststoffen bestehen. Aufgrund der steigenden Ansprüche an die Sicherheit im Personentransport beim Brandfall müssen bei der Auswahl der Fertigungsverfahren neben der technischen Umsetzbarkeit des geforderten Brandschutzes auch wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt werden. Bei den häufig eingesetzten Flüssigimprägnierverfahren sorgt die Viskositätserhöhung und das Ausfiltern des ATH entlang des Fließweges durch die Faserlagen für eine Einschränkung bei der Auswahl der Halbzeuge, der Höhe des Faservolumengehaltes und der Höhe des ATH-Anteils, so dass brandgeschützte, ATH-partikelgefüllte Bauteile bisher hauptsächlich bei Verkleidungselementen im Innen- und Außenbereich mit minderen mechanischen Eigenschaften zu finden sind.
In der vorliegenden Arbeit werden die Potenziale und Verfahrensgrenzen des RTM-Prozesses bei der Verarbeitung flammgeschützter, partikelgefüllter Harzsysteme aufgezeigt. Hierzu werden Messmethoden zur quantitativen Analyse des ATH-Gehalts in einem Laminat vorgestellt und bewertet. Die Analyse der Verarbeitung partikelgefüllter Harzsysteme im RTM-Verfahren liefert neben Erkenntnissen zum Einfluss der Partikelfüllung auf das Matrixsystem auch Aussagen zu den mechanischen Eigenschaften partikelgefüllter Laminate und zum Ausfilterungseffekt. Brandprüfungen lassen die erzielbaren brandschutztechnischen Eigenschaften der Laminate erkennen.
Damit erhält man Aussagen, wie partikelgefüllte Harzsysteme in endlosfaserverstärkte Kunststoffe im RTM-Verfahren einzubringen sind und Verfahrensvarianten des RTM-Verfahrens bei hohen Füllstoff- und Faservolumengehalten zu realisieren sind. Ebenso legen die Untersuchungen dar wie sowohl die erreichbaren mechanischen als auch die Brandschutzeigenschaften abgeschätzt und optimiert werden können.