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Lanxess: Endlosfaserverstärkte Thermoplast-Composites mit inhärenter Flammwidrigkeit

Grund für die gute Flammwidrigkeit von Tepex ist der hohe Gehalt an schwer entflammbaren Endlosfasern und der vergleichsweise geringe Anteil an brennbarem Kunststoff. (Foto: Lanxess)

Grund für die gute Flammwidrigkeit von Tepex ist der hohe Gehalt an schwer entflammbaren Endlosfasern und der vergleichsweise geringe Anteil an brennbarem Kunststoff. (Foto: Lanxess)

Die endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffe Tepex von Bond-Laminates, Brilon, zeigen auch ohne Flammschutzadditive eine hohe Brandwidrigkeit, die ihre Ursache im speziellen Aufbau der Halbzeuge hat. Das ist das Ergebnis von umfangreichen Untersuchungen und Prüfungen, die die Lanxess-Tochtergesellschaft – teilweise in Kooperation mit externen Prüfinstituten – mit Blick auf typische Anwendungen und Einbausituationen von Tepex durchgeführt hat.

„Die Tests ergaben auch, dass sich unsere Composites gut für Strukturbauteile und Gehäusekomponenten in Hochvolt-Batterien von Elektrofahrzeugen eignen, die aus Sicherheitsgründen eine sehr hohe Flammwidrigkeit mitbringen müssen“, erklärt Dr. Stefan Seidel, Leiter der Forschung & Entwicklung bei Bond-Laminates. „Die Materialien sind dabei eine leichte Alternative zu Aluminium. Sie ermöglichen durch die kostensenkende Integration von Funktionen und die einfache und nacharbeitsfreie Verarbeitung im Hybrid-Molding-Verfahren wirtschaftliche Bauteillösungen.“

Verschiedene Flammschutztests nach Norm

Zu den durchgeführten Flammschutztests zählte etwa die US-Prüfung FMVSS 302 (Federal Motor Vehicle Safety Standard) zum Brennverhalten von Werkstoffen für den Autoinnenraum. Untersucht wird dabei die Brandgeschwindigkeit. Bereits nicht flammgeschützte Varianten von Tepex bestehen den Test mit gutem Ergebnis: Sie entzünden sich zwar, brennen jedoch so langsam, dass sich die Flammen in der vorgesehenen Prüfzeit kaum ausbreiten und die Prüfung beendet wird. Weiterhin wurden nicht flammgeschützte Varianten von Tepex im Fire Pan Test in Anlehnung an die UN-Regelung 180, 6.2.4, geprüft. Der Probekörper liegt dabei flächig über einer Wanne mit brennendem Kraftstoff und wird 70 s direkt und 60 s abgeschwächt dem Feuer ausgesetzt. Dieser Test spiegelt Brandsituationen von Tepex in typischen Anwendungen wie Unterbodenverkleidungen besonders realistisch wider. Seidel: „In beiden Tests entstehen in den Composites weder Löcher, noch brennen die Fasern. Außerdem tropft der Kunststoff nicht brennend ab, und der Probekörper erlischt von selbst.“ Grund für diese Flammwidrigkeit ist der hohe Gehalt an schwer entflammbaren Endlosfasern und der vergleichsweise geringe Anteil an brennbarem Kunststoff.

UL V-0-Prüfung für Tepex nur bedingt geeignet

Die Untersuchungen ergaben auch, dass der UL 94-Test des US-amerikanischen Prüfinstituts Underwriters Laboratories Inc. keine zuverlässigen Aussagen zum wirklichen Brandverhalten von Tepex liefert. Grund ist, dass der vertikal eingespannte Prüfkörper seitlich und nicht flächig beflammt wird. „Diese Vorgehensweise passt nicht zu typischen Einbausituationen von Tepex. Außerdem kommt unser Verbundwerkstoff über- und hinterspritzt zum Einsatz, was den Zugang der Flamme zu den Faserenden erschwert“, so Seidel. Für Anwendungen, in denen eine V-0-Klassifizierung obligatorisch ist, bietet Bond-Laminates halogenfrei flammgeschütztes Tepex auf Basis von Polyamid, Polycarbonat und Polyphenylensulfid an. Beispielsweise ist der Polycarbonat-Produkttyp auf der UL-Yellow Card mit V-0 für Probekörperdicken zwischen 0,4 und 2,2 mm gelistet.

Umfangreiche Tests am HiAnt-Träger

Wegen der großen Anwendungschancen von Tepex im Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen hat Bond-Laminates mit einem eigenen Testaufbau umfangreich das Brandverhalten von überspritzem Tepex auf Basis von PA 6 untersucht. Zum Einsatz kam dabei ein sogenannter HiAnt-Träger. Dabei handelt es sich um ein U-förmiges Profil aus Tepex, das innen mit kreuzweise angelegten Rippen aus verschiedenen PA-6-Typen Durethan mit oder ohne Flammschutzpaket verstärkt ist. Dieser praxisnahe Prüfkörper wird an sechs Positionen mit 900 °C zwischen 30 s und 5 min beflammt – so etwa an den Polyamid-Rippen oder nicht überspritzten Bereichen.

Dabei bestätigte sich wieder die inhärent hohe Brandwidrigkeit von nicht flammgeschütztem Tepex. Denn nach fünf Minuten Beflammung brennt ausschließlich das Über- und Hinterspritzmaterial – und das auch nur, wenn es ohne spezielle Flammschutzmittel ausgerüstet ist. Bestehen dagegen die Rippen und überspritzten Bereiche aus einem flammgeschützten Polyamid, breiten sich die Flammen vom Ort der Beflammung nicht aus, sondern erlöschen, wenn der Brenner entfernt wird. „Der Einsatz von nicht flammgeschütztem Tepex mit flammgeschütztem Spritzgießmaterial bietet daher bei der Auslegung von flammwidrigen Bauteilen eine sehr hohe Sicherheitsreserve. Wir sehen für diese Materialkombination daher großes Anwendungspotenzial bei Bauteilen in Hochvolt-Batterien wie Gehäusen oder Trennblechen, aber auch in Bodenplatten für induktive Batterieladesysteme“, resümiert Seidel.

www.lanxess.de

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