Wechselwirkung zwischen Mechanik und Brandverhalten in halogenfreien Sandwich-Strukturen aus PET-Schaum und glasfaserverstärktem Epoxidharz

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt; Professor Dr. Manfred Döring
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278300368

Sandwichmaterialien mit dünnen, kompakten Deckschichten und einem zellulärem Kernwerkstoff aus einem Hartschaum gewinnen zunehmende Bedeutung als Konstruktionswerkstoffe, da sie geringe Dichte mit beträchtlicher Festigkeit vereinen. Polyethylenterephthalat (PET) als leichter Hartschaum für Sandwichmaterialien wurde erst vor einigen Jahren eingeführt. PET als Kernwerkstoff zeigt eine herausragende Schub- und Druckfestigkeit, allerdings mit dem Nachteil leichter Entflammbarkeit. Dieser Nachteil kann durch geeignete flammhemmende Additive gemildert werden. Allerdings ist noch nie systematisch untersucht worden, wie die Konzepte für den Flammschutz von kompaktem PET auf PET-Hartschäume und dabei speziell Kernmaterialien aus PET übertragen werden können. Bislang ist für flammgeschützte PET-Sandwichmaterialien nicht bestimmt worden, welche Zusammenhänge zwischen der mikroskopischen Struktur (Morphologie) der beiden Phasen, deren gegenseitiger Anbindung und den resultierenden Material- und Brandeigenschaften bestehen. Dieses Projekt soll im Hinblick auf den Flammschutz und das Brandverhalten diese Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aufklären und damit materialwissenschaftliche Grundlagen zur weiteren Verbesserung dieser Schaumwerkstoffe schaffen. Für die Studien werden Sandwichmaterialien ausgewählt, die aus extrudiertem PET-Schaum als Kernschicht und einem faserverstärktem Epoxidharz als Deckschicht bestehen. Letztere wird glasfaserverstärkt ausgerüstet und mit einem etablierten Harzinfusionsverfahren (VARI) erzeugt. Für den PET-Schaumkern soll erstmals ein neuartiges, hocheffizientes Flammschutzkonzept verfolgt werden, das auf synergistischen Kombinationen phosphor- und schwefelhaltiger Substanzen beruht. Für den Flammschutz der Epoxidharzschichten sollen lösliche, phosphorbasierte Additive eingesetzt werden, welche weder die Verarbeitung mittels VARI-Technologie beeinflussen noch die Harzeigenschaften verschlechtern. Um den Einfluss beider Phasen auf die Gesamteigenschaften des Sandwichs zu verstehen, werden diese zunächst separat untersucht. Mit diesem Ziel werden alle relevanten Material- und Prozessparameter der PET-Schaumextrusion variiert. Hierbei wird die Auswirkung der Parametervariation auf die Mikrostruktur der Schäume aufgeklärt und die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Material- und Brandeigenschaften ermittelt. Des Weiteren wird der Einfluss von Flammschutzmitteln auf die Schaummorphologie aufgeklärt. Das Brandverhalten der halogenfrei flammgeschützten Sandwichproben soll hierzu untersucht und deren Brandschutzmechanismen aufgeklärt werden. Für die gemeinsame Bearbeitung dieses Projektes ergänzen sich die Kernkompetenzen der UBT (Materialwissenschaft) und der TUD (Flammschutz) optimal.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Michael Ciesielski