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Polyurethanes (PU) represent one of the most versatile classes of plastics. They are processed and used as thermoplastic, elastomer, and thermoset. The requirements regarding flammability are correspondingly versatile. Depending on the material and the field of application, specific fire tests have to be fulfilled. This paper describes the different concepts used to fulfil these requirements by choosing the right raw materials and flame retardants.
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.
Das Brandverhalten stellt wie das ausgezeichnete elektrische Isolationsverhalten, die geringen elektrischen Verluste, die Verarbeitbarkeit und Formbarkeit eine der wesentlichen Schlüsseleigenschaften im Eigenschaftsprofil von Polymerwerkstoffen in der Elektronik und der Elektrotechnik dar. Dabei bedarf es einer Ausrüstung der Polymerwerkstoffe mit Flammschutzmittel. Die Entwicklung von immer effizienteren, synergistischen und multifunktionalen Multikomponentensystemen ist dabei eine herausragende Quelle für Innovation. Die Entwicklung und Verbesserung der werkstoff- und anwendungsspezifischen Flammschutzlösungen bestimmen die aktuellen und zukünftigen Polymermaterialien in der Elektronik und Elektrotechnik mit. Der Vortrag stellt anhand von Beispielen einige der erfolgreichen Konzepte dar. Es wird versucht, über das wissenschaftlich-systematische Verständnis Grundprinzipien und vielversprechende Lösungsstrategien zu verdeutlichen.
Scientific publications addressing the durability of the flame retardance of cables during their long-term application are rare and our understanding lacks. Three commercial flame retardants, aluminum hydroxide, aluminum diethyl phosphinate (AlPi-Et), and intumescent flame retardant based on ammonium polyphosphate, applied in ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) model cables, are investigated. Different artificial aging scenarios were applied: accelerated weathering (UV-irradiation/temperature/rain phases), humidity exposure (elevated temperature/humidity), and salt spray exposure. The deterioration of cables’ surface and flame retardancy were monitored through imaging, color measurements, attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, and cone calorimeter investigations. Significant degradation of the materials’ surface occurred. The flame retardant EVA cables are most sensitive to humidity exposure; the cable with AlPi-Et is the most sensitive to the artificial aging scenarios. Nevertheless, substantial flame retardance persisted after being subjected for 2000 h, which indicates that the equivalent influence of natural exposure is limited for several years, but less so for long-term use.
Flame retarded polymeric materials are used in various applications in which a certain fire behavior is demanded. Protection goals are defined, such as limited flammability in terms of hindered sustained ignition or limited contribution to a fire, and these protection levels are tested with defined specimens or components in defined fire scenarios, that is to say, different fire tests. Passing a specific fire test by meeting whatever its demands is often the most important development goal, so the parameters of the different fire tests vary widely to emphasize different fire properties. Some fire tests are used to screen or provide a general assessment of flame retardant polymers during development, while other fire tests and tailored experiments are performed to address special phenomena or understand the flame retardancy modes of action. For all fire testing, the devil is in the details – demanding know-how and crucial efforts to manage the quality of investigations and advanced interpretation. This chapter aims to offer a structured overview of all these aspects.