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Char to the Rescue: Processing and Transfer of Flame-Retardant Epoxy Resins, Adjusting the Fire Behavior and Post-Fire Structural Integrity of Glass Fiber Composites

  • Epoxy (EP) glass fiber reinforced composites (GFRCs) are extensively used in structural applications due to their excellent thermal and mechanical properties, but their inherent flammability limits fire-safe deployment. While numerous studies examine the flame retardancy of resins or individual composite systems, comprehensive studies evaluating simultaneous improvements in flame retardancy and post-fire mechanical integrity, specifically through prepreg processing, remain challenging. This study investigates the effectiveness and transferability of phosphorus-based flame retardant (FR) systems to diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and EP novolac resin matrices and their corresponding bidirectional glass fiber composites via prepregs. The FRs are chosen based on varying modes of action: ammonium polyphosphate with inorganic silicate (APP/InSi) primarily acts in the condensed phase (CP), and aluminum diethyl phosphinate with zinc hydroxystannate (AldietPO2/ZHS) is known toEpoxy (EP) glass fiber reinforced composites (GFRCs) are extensively used in structural applications due to their excellent thermal and mechanical properties, but their inherent flammability limits fire-safe deployment. While numerous studies examine the flame retardancy of resins or individual composite systems, comprehensive studies evaluating simultaneous improvements in flame retardancy and post-fire mechanical integrity, specifically through prepreg processing, remain challenging. This study investigates the effectiveness and transferability of phosphorus-based flame retardant (FR) systems to diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) and EP novolac resin matrices and their corresponding bidirectional glass fiber composites via prepregs. The FRs are chosen based on varying modes of action: ammonium polyphosphate with inorganic silicate (APP/InSi) primarily acts in the condensed phase (CP), and aluminum diethyl phosphinate with zinc hydroxystannate (AldietPO2/ZHS) is known to demonstrate both gas-phase (GP) and CP activity. Fire residues are tailored to compensate for structural defects from fire exposure. EP novolac, with higher aromaticity and cross-linking, possesses better inherent flame resistance compared to DGEBA. The novolac composites containing AldietPO2/ZHS simultaneously showed the highest retention of flexural properties after fire exposure and the best fire safety index. The experimental values of the post-fire flexural properties in the composites calibrated damage parameters in two theoretical models.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:S. Sunder, Maria Jauregui Rozo, H. Deshpande, A. Neyer, V. Papaiya, Dietmar Meinel, Bernhard SchartelORCiD, H. Ruckdäschel
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of Polymer Science
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
8 Zerstörungsfreie Prüfung
8 Zerstörungsfreie Prüfung / 8.5 Röntgenbildgebung
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley
Jahrgang/Band:63
Ausgabe/Heft:20
Erste Seite:4295
Letzte Seite:4309
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Composites; DGEBA; Epoxy novolac; Post-fire; Prepregs
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
Infrastruktur / Fire Science
Infrastruktur / Leichtbau
DOI:10.1002/pol.20250692
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-643752
ISSN:2642-4169
ISSN:2642-4150
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:16.10.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:16.10.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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