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Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Wirkungsweise von halogenfreien Flammschutzmitteln in WPC.
Eine große Anzahl verschiedener Flammschutzmittel wurde hinsichtlich ihrer Wirkmechanismen umfassend untersucht, um ein Verständnis für die ablaufenden Prozesse zu entwickeln. Hierbei wurden verschiedene Brandtests eingesetzt, um die Materialien bezüglich verschiedener Applikationen (E&E, Transportwesen, Bauwesen) zu beleuchten.
Die verschiedenen Untersuchungen liefern aber auch ein umfassendes Bild vom Brandverhalten in den verschiedenen Eigenschaften, wie Entflammbarkeit und Brandausbreitung.
Die prinzipiellen Ansätze wurden anhand von verschiedenen Flammschutzmitteln beleuchtet, ihre Pyrolyse und ihre Performance in verschiedenen Brandtests gegenübergestellt. Bei der angestrebten geringen Zusatzmenge ist durch den Zusatz eines einzigen Flammschutzmittels keine zufriedenstellende Reduktion der Brandeigenschaften zu erwarten. Multikomponentensysteme zur Steigerung der Effizienz sind angezeigt. Einige prinzipielle Kombinationsmöglichkeiten wurden für alle Hauptflammschutzmittel durchgespielt. Die teilweise deutlichen Verbesserungen zeigen Wege zur erfolgreichen Produktentwicklung auf. So konnten bei den Spritzgießcompounds Eigenschaften erzielt werden, die eine UL 94 V0 Klassifizierung ermöglichen.
Ein Einsatz der im Forschungsvorhaben hergestellten Compounds als Baustoff ist aufgrund des Brandverhaltens in den baustoffspezifischen Prüfungen nicht möglich. Hier sind weitere Flammschutz-Konzepte zu erproben.
Gleitmittel nehmen bei den untersuchten Extrusionscompounds keinen Einfluss auf das Brandverhalten. Haftvermittler nehmen ebenfalls keinen signifikanten Einfluss auf das untersuchte Brandverhalten, können aber zu einer veränderten Verteilung der Füllstoffe
und damit zur Ausbildung einer effektiveren Schutzschicht führen.
Feinere Holzpartikel schneiden bei den Brandprüfungen besser ab als grobe Holzpartikel.
Bei Einsatz von grobem Holz wird eine schlechtere Rückstandsstruktur ausgebildet, was das Brandverhalten negativ beeinflusst. Der Einsatz von vorbehandeltem Holz
brachte nicht die erwartete Verbesserung.
Die neu konzipierte Aufbereitungsanlage auf Basis des Planetwalzenextruders konnte erfolgreich in Betrieb genommen werden. Vergleichende Versuche mit dem Doppelschneckenextruder zeigten, dass der PWE-Aufbau eine gute Alternative zur etablierten DSE-Aufbereitung darstellt.
Zusätzlich wurden an Compounds vielversprechender Flammschutzansätze weitere Materialprüfungen (Biegeversuch, Schlagversuch, Wasseraufnahme) durchgeführt, um den Einfluss der FSM auf die spezifischen Eigenschaften der WPC zu beleuchten.
The influence of distinct carbon based nanofillers: expanded graphite (EG), conducting carbon black (CB), thermally reduced graphene oxide (TRGO) and multi-walled carbon nanotubes (CNT) on the thermal, dielectric, electrical and rheological properties of polybutylene terephthalate (PBT) was examined. The glass transition temperature (Tg) of PBT nanocomposites is independent of the filler type and content. The carbon particles act as nucleation agents and significantly affect the melting temperature (Tm), the crystallization temperature (Tc) and the degree of crystallinity of PBT composites. PBT composites with EG show insulating behaviour over the tested concentration range of 0.5 to 2 wt.-% and hardly changed rheological behaviour. CB, CNT and TRGO induce electrical conductivity to their particular PBT composites by forming a conducting particle network within the polymer matrix. CNT reached the percolation threshold at the lowest concentration (<0.5 wt.-%), followed by TRGO (<1 wt.-%) and CB (<2 wt.-%). With the formation of a particle network, the flow behaviour of composites with CB, CNT and TRGO is affected, i.e., a flow limit occurs and the melt viscosity increases. The degree of influence of the carbon nanofillers on the rheological properties of PBT composites follows the same order as for electrical conductivity. Electrical and rheological results suggest an influence attributed to the particle dispersion, which is proposed to follow the order of EG<< CB<TRGO<CNT.
A mono-component intumescent flame retardant named ethylenediamine-modified ammonium polyphosphate (MAPP) is used in polyethylene-octene elastomer (POE). Insight into the flame-retardant mechanisms of the MAPP is provided from a new perspective. The fire performance of POE/MAPP composites is investigated by oxygen index (OI) and vertical burning (UL-94) tests. POE Composite containing 35 wt% MAPP achieves a V-0 rating, and its OI is 29.3 vol%. The thermogravimetric Analysis (TGA) and Fourier transform infrared spectra (FTIR) confirm that the incorporation of ethylenediamine changes the thermal decomposition of APP, mainly resulting in the formation of char layer with a thermally stable structure. Cone calorimeter analysis revealed the flame-retardant modes of action of MAPP in POE under forced-flaming conditions. Quantitative analysis illustrates that both the residue due to charring and the fuel dilution/flame Inhibition resulting from the release of incombustible products/ phosphorus species decrease the total heat release (fire load) by 20e28%. The residue increases linearly with increasing MAPP content, whereas the reduction in effective heat of combustion levels off. Moreover, the flame-retardant effect resulting from the protective properties of the char is discovered to be the dominant mode of action (up to 85% reduction) with respect to the peak heat release rate, leading to the excellent flame retardancy of POE/MAPP.