Faser-Kunststoff-Verbunde mit Benzoxazinmatrix für Brandschutzanwendungen

In einem Faser-Kunststoff-Verbund ist das Matrixpolymer meist der limitierende Faktor, wenn es um die Erfüllung hoher Brandschutzanforderungen geht. Gerade die häufig eingesetzten Epoxid- oder Polyestersysteme, aber auch weit verbreitete Thermoplaste wie Polypropylen oder Polyamid stoßen hier schnell an ihre Grenzen. Insbesondere für die Verwendung in Transport- und Mobilitätsanwendungen sowie dem Bauwesen stellt dies ein bedeutendes Hindernis dar. Seit Ende 2018 forscht das Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) zusammen mit dem Sächsischen Textilforschungsinstitut (STFI) und Centexbel im Rahmen des Cornet-Projekts „SusComTrab“ (Flame retardant sustainable composites for transport and building applications), daher an verschiedensten Lösungsansätzen für diese Anwendungen.

Ein vielversprechender Ansatz ist in diesem Zusammenhang die Verwendung von Benzoxazinharz als Matrixmaterial. Für die Versuche am IVW wird konkret das Harzsystem „Curabox 24-111“ der Firma Bitrez Ltd. verwendet. Neben seiner hohen Temperaturbeständigkeit und flammhemmenden Eigenschaften enthält Benzoxazinharz keine Lösungsmittel, die bei der Verarbeitung ausgasen, und ist dadurch auch aus Sicht des Arbeitsschutzes interessant. Generell ist die Verarbeitung aber herausfordernd und daher ein Fokus im Forschungsprojekt. Als vernetzendes Harz liegt die Verarbeitung in einem Flüssigimprägnierverfahren, wie z. B. dem Resin Transfer Molding (RTM) nahe. Hierbei wird eine Faserverstärkung in einem geschlossenen Werkzeug platziert und durch Überdruck mit dem Harzsystem imprägniert. Anders als die typischerweise in RTM eingesetzten Harzsysteme ist Benzoxazin ein Harzsystem mit nur einer Komponente und liegt im nicht vernetztem Zustand und bei Raumtemperatur als spröder Feststoff vor. Für die Imprägnierung der Faserverstärkung muss es daher zunächst bei etwa 60° aufgeschmolzen werden, wobei die Viskosität selbst bei weiter erhöhter Injektionstemperatur nicht unter 500 mPas sinkt und damit deutlich über klassischen RTM-Harzsystemen liegt. Dadurch ergeben sich vergleichsweise lange Zykluszeiten und Schwierigkeiten, eine vollständige Imprägnierung des Verstärkungstextils sicherzustellen. Infolgedessen ist ein wirtschaftlicher Einsatz oft nicht möglich. Im Projekt werden deshalb am IVW Möglichkeiten untersucht, das Benzoxazin als Pulverharz zu verarbeiten. Das Harz wird hierzu zu einem Pulver vermahlen und auf das Verstärkungstextil aufgestreut. Im Anschluss erfolgt ein Verpressen in einem temperierten Werkzeug, bei dem das Benzoxazin aufgeschmolzen, die Faserverstärkung imprägniert und das System vernetzt wird. In einem Autoklav-Referenzprozess konnten hiermit gute Laminatqualitäten erzielt werden. Durch erste Versuche mittels Heißpressen konnte die grundsätzliche Funktionalität nachgewiesen werden. Weiterführende Forschung beschäftigt sich aktuell mit der Optimierung der Korngrößenverteilung im Pulver, der Pulververteilung im Prozess, der Verarbeitungsparameter sowie der Harzrezeptur.

Aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestags wird das Projekt SusComTrab“ (Flame retardant sustainable composites for transport and building applications) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Förderkennzeichen: 226 EBG

Ansprechpartner

Jan Eric Semar, M.Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Verarbeitungstechnik
Imprägnier- und Preformtechnologien
Telefon: +49 631 31607 35
E-Mail: JanEric.Semar@ivw.uni-kl.de