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Druckbehälter bzw. Reaktoren müssen gegen eine Überschreitung des zulässigen Behälterdruckes mit Hilfe von Druckentlastungsarmaturen geschützt werden, um auch bei Betriebsstörungen den mechanischen, chemischen und thermischen Beanspruchungen sicher zu genügen. Derzeitige Auslegungsmethoden gelten jedoch nur für ein- oder zweiphasige Druckentlastungssysteme. Bei zusätzlichem Vorhandensein eines Feststoffs ist ein dreiphasiges Abströmen möglich, wobei die geringen Kenntnisse über die fluid- und thermodynamischen Vorgänge im Behälter die Notwendigkeit weitergehender Untersuchungen begründen. In der vorliegenden Arbeit werden daher systematisch die Druckentlastungsvorgänge von nicht-schäumenden sowie reaktiven dreiphasigen Systemen in Abhängigkeit von den Feststoffeigenschaften beschrieben. Im Labormaßstab konnte festgestellt werden, dass sich nicht-schäumende dreiphasige Systeme weitestgehend auf zweiphasige Systeme reduzieren lassen. Bei schäumenden dreiphasigen Systemen ist hingegen das Entlastungsverfahren stark vom Partikeldurchmesser, von der Oberflächenspannung, von der Art und Konzentration des Tensids sowie von der eingetragenen Rührerleistung abhängig. Zudem ist bei charakteristischem Aufwallverhalten mit einem deutlich langsameren Druckabbau un mit einem höheren Massenaustrag zu rechnen. Ferner wurde die Anwendbarkeit bestehender ein- und zweiphasiger Druckentlastungsmodelle auf dreiphasige Systeme mit Hilfe der Simulationsumgebungen SAFIRE/Vent (TU-HH) und gProms® geprüft. Durch die neuen Erkenntnisse aus dieser Arbeit lassen sich Notenspannungseinrichtungen anhand der abgeleiteten Auslegungsempfehlung genauer berechnen und das dreiphasige Entlastungsverhalten im Prozess genauer vorhersagen. Zudem konnten neue Ansätze zur Modellierung des Feststoffaustrags abgeleitet werden, die für zukünftige Forschungsarbeiten bei der Entwicklung von Modellen zur Beschreibung von heterogenen reaktiven Gemischen mit dreiphasigen Aufwallen unf Abströmen dienen.
Der Beitrag versucht sich an der Herausforderung, trotz beschränktem zeitlichen Rahmen einen ansprechenden Spagat zwischen umfangreichem Überblick und wissenschaftlichem Verständnis und so eine unabhängige und unparteiliche Einführung in Thematik flammgeschützte PUR-Schäume zu geben. Er kann sicherlich nicht individuelle Antworten oder konkrete Entwicklungsziele wie neue Rezepturvorschläge liefern, aber hofft zum Hintergrund und als Handwerkzeugs für das Aufstellen und Überdenken von Entwicklungsstrategien beizutragen.
Polyurethane (PU) bilden eine der vielseitigsten Klassen der Polymerwerkstoffe. Kein anderer Kunststoff wird sowohl als Thermoplast, als Elastomer wie auch als Duroplast verarbeitet und eingesetzt. Entsprechend vielfältig sind auch die Anforderungen an den Flammschutz. Je nach Material und Anwendung müssen spezifische Brandnormen erfüllt werden. Der vorliegende Aufsatz gibt einen Überblick über die verfügbaren Ansätze, um durch geeignete Auswahl der Rohstoffe und der Flammschutzmittel diese verschiedensten Anforderungen an das Brandverhalten zu erfüllen.
Überblick über die Herausforderungen, Anforderungen und Lösungswege für den Flammschutz von Polyurethanwerkstoffen (thermoplastisches und elastomeres Polyurethan (TPU, PUR), PUR Hard- und Weichschäume, PIR, PUR Coatings). Die Werkstoffcharakteristika wie Pyrolyse, effektive Verbrennungswärme, Rückstandsausbeute, Verarbeitungsparameter und kg-Preis definieren die Anforderungen an Flammschutzlösungen. Der Flammschutz ist spezifisch für das Material ausgelegt, aber auch für die verschiedenen Anwendungen (Automobilbau, Schienenfahrzeuge, Bauwesen, Elektrotechnik, usw.), d.h. um spezielle Brandtests zu bestehen. Die Pyrolyse und das Brandverhalten von PUR und PUR-Schäumen sowie der flammgeschützten Varianten wird diskutiert. Die gängigen Flammschutzmittel(-kombinationen) werden zusammengefasst und mit Beispielen belegt.
Flexible, niedrigdichte Schäume aus Biokunststoffen im Extrusionsverfahren herzustellen war bisher industriell noch nicht möglich. Im Verarbeitungstechnikum Biopolymere des Fraunhofer IAP wurde in einem Projekt die Eignung von PBS-basierten Biokunststofftypen für Schaumanwendungen erforscht und weiterentwickelt.